CN110898866B - 检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片及其制备方法和检测方法 - Google Patents
检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片及其制备方法和检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110898866B CN110898866B CN201911184183.6A CN201911184183A CN110898866B CN 110898866 B CN110898866 B CN 110898866B CN 201911184183 A CN201911184183 A CN 201911184183A CN 110898866 B CN110898866 B CN 110898866B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- color development
- area
- chromium
- mercury
- ion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- -1 mercury ions Chemical class 0.000 title claims abstract description 49
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 47
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 30
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 22
- 239000011651 chromium Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title abstract description 41
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 8
- 238000011161 development Methods 0.000 claims abstract description 146
- 229910001430 chromium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 112
- BQPIGGFYSBELGY-UHFFFAOYSA-N mercury(2+) Chemical compound [Hg+2] BQPIGGFYSBELGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 78
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 18
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000004305 biphenyl Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052979 sodium sulfide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N sodium sulfide (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].[S-2] GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N Phthalic anhydride Natural products C1=CC=C2C(=O)OC(=O)C2=C1 LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- JHIWVOJDXOSYLW-UHFFFAOYSA-N butyl 2,2-difluorocyclopropane-1-carboxylate Chemical compound CCCCOC(=O)C1CC1(F)F JHIWVOJDXOSYLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 22
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 10
- ILFPVTVPECCUAL-UHFFFAOYSA-N 2-benzofuran-1,3-dione propan-2-one Chemical compound CC(=O)C.C1(C=2C(C(=O)O1)=CC=CC2)=O ILFPVTVPECCUAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 claims description 4
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000002940 repellent Effects 0.000 claims description 3
- 239000005871 repellent Substances 0.000 claims description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 23
- 150000002500 ions Chemical group 0.000 description 15
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 10
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 9
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 8
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WLZRMCYVCSSEQC-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+) Chemical compound [Cd+2] WLZRMCYVCSSEQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004737 colorimetric analysis Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 3
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 2
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 2
- YKYOUMDCQGMQQO-UHFFFAOYSA-L cadmium dichloride Chemical compound Cl[Cd]Cl YKYOUMDCQGMQQO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- RVPVRDXYQKGNMQ-UHFFFAOYSA-N lead(2+) Chemical compound [Pb+2] RVPVRDXYQKGNMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- QLOKJRIVRGCVIM-UHFFFAOYSA-N 1-[(4-methylsulfanylphenyl)methyl]piperazine Chemical compound C1=CC(SC)=CC=C1CN1CCNCC1 QLOKJRIVRGCVIM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- STTGYIUESPWXOW-UHFFFAOYSA-N 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline Chemical compound C=12C=CC3=C(C=4C=CC=CC=4)C=C(C)N=C3C2=NC(C)=CC=1C1=CC=CC=C1 STTGYIUESPWXOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108091034117 Oligonucleotide Proteins 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGEZNRSVGBDHLK-UHFFFAOYSA-N [1,10]phenanthroline Chemical compound C1=CN=C2C3=NC=CC=C3C=CC2=C1 DGEZNRSVGBDHLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 229940040526 anhydrous sodium acetate Drugs 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000987 azo dye Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- RCTYPNKXASFOBE-UHFFFAOYSA-M chloromercury Chemical compound [Hg]Cl RCTYPNKXASFOBE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- JGUQDUKBUKFFRO-CIIODKQPSA-N dimethylglyoxime Chemical compound O/N=C(/C)\C(\C)=N\O JGUQDUKBUKFFRO-CIIODKQPSA-N 0.000 description 1
- VDQVEACBQKUUSU-UHFFFAOYSA-M disodium;sulfanide Chemical compound [Na+].[Na+].[SH-] VDQVEACBQKUUSU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- HWSZZLVAJGOAAY-UHFFFAOYSA-L lead(II) chloride Chemical compound Cl[Pb]Cl HWSZZLVAJGOAAY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004452 microanalysis Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
- B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Hematology (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
Abstract
本发明公开了检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片及其制备方法和检测方法。所述纸基微流控芯片包括设置有多个功能区的基板；功能区包括上样区、铬离子显色背景控制区和汞离子显色背景控制区，以及与上样区分别连通的铬离子显色区和汞离子显色区，铬离子显色区与上样区之间的连通通道上还设置有铬离子预处理区；铬离子显色区和铬离子显色背景控制区均沉积有1,5‑二苯基碳酰二肼和邻苯二甲酸酐，铬离子预处理区沉积有硫化钠，汞离子显色区和汞离子显色背景控制区均沉积有罗丹明系显色剂。本发明能同时检测水体中的铬、汞离子，且抗干扰能力强，灵敏度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种同时检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片及其制备方法和检测方法，属于快速检测技术领域。
背景技术
随着现代工业的迅速发展，由人类活动引发的环境污染事件也日益加重。富含重金属离子废水的恣意排放，对人类社会生存发展构成严重威胁。建立实时、快速的重金属监测方法，已经成为科技工作者的研究重点与热点。虽然，原子吸收光谱、电感耦合等离子体发射光谱等技术已经广泛应用于重金属离子检测方向，但因仪器昂贵、数据分析过程复杂，且设备体积庞大，不利于现场检测与结果快速认定。目前，以微流控芯片为基础构建的分析方法以其试剂用量少、便携小巧、分析速度快、多通道并行处理的优势而引起广泛的关注。
纸基芯片不同于传统石英、玻璃、聚合物芯片，因其低成本、易制作、多功能集成等优势逐渐脱颖而出。纸基芯片不仅可以构建微通道网络及分析部件，也可以结合比色、电化学等检测技术拓展应用，为现场即时分析领域奠定了坚实基础。
比色法是重金属离子识别与检测常用且行之有效的方法之一。Mentele等[Analytical Chemistry 2012，84：4474–4480]通过蜡打印技术制作纸基芯片，分别采用邻菲罗啉、丁二酮肟、浴铜灵为铁、镍、铜三种离子的显色剂，并建立标准曲线，实现对三种常见金属离子灵敏定量检测，检出限低至1.0μg～1.5μg。Feng等[Analytica Chimica Acta2013，780：74–80]应用8种偶氮类显色剂，采用复杂交互比色阵列法，实现对汞、镉、铅、银、镍、铜、锌、钴金属离子的灵敏识别，但不能准确定量。Chen等[Anal.Chem.2014，86：6843-6849]在纸基全微分析***中，采用特定的寡核苷酸序列修饰金纳米粒子，实现高抗性灵敏识别水体中痕量汞离子，检出限低至0.005μΜ。Mujawar[Analytical Sciences 2016，32：491-497]采用6-羟基-3-(2-氧代吲哚啉-3-亚氨基)-2-巯基-2H-1,3-噻嗪-4(3H)-酮为显色剂，实现对废水中汞离子的半定量检测，检出限低至0.5μg/L。
目前，上述纸基微流控芯片采用的比色法往往运用复杂的显色方式且鲜有准确定量的方法，同时显色的金属离子往往以过渡族轻质金属为主。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种同时检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片及其制备方法和检测方法，能同时检测水体中的铬、汞离子，且抗干扰能力强，灵敏度高。
本发明是通过以下技术方案来实现：
检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片，所述纸基微流控芯片包括设置有多个功能区的基板；功能区包括上样区、铬离子显色背景控制区和汞离子显色背景控制区，以及与上样区分别连通的铬离子显色区和汞离子显色区，铬离子显色区与上样区之间的连通通道上还设置有铬离子预处理区；
铬离子显色区和铬离子显色背景控制区均沉积有1,5-二苯基碳酰二肼和邻苯二甲酸酐，铬离子预处理区沉积有硫化钠，汞离子显色区和汞离子显色背景控制区均沉积有罗丹明系显色剂。
优选的，汞离子显色区和汞离子显色背景控制区还沉积有柠檬酸。
优选的，基板为亲水性滤纸或纤维素膜。
所述的检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片的制备方法，包括如下步骤：
(1)制作空白芯片：在基板一面上喷蜡打印，形成疏水区和纸基微流控芯片的各功能区的区域，加热直至蜡融化渗透贯穿滤基板面，冷却，在基板的另一面用透明胶带均匀覆盖，得到空白芯片；
(2)区域功能化：将1,5-二苯基碳酰二肼与邻苯二甲酸酐丙酮混合溶液滴加到铬离子显色区和铬离子显色背景控制区，将硫化钠水溶液滴加到铬离子预处理区，将罗丹明系显色剂溶液滴于汞离子显色区和汞离子显色背景控制区，室温干燥。
优选的，步骤(2)中，室温干燥后，将柠檬酸溶液滴于汞离子显色区和汞离子显色背景控制区，室温干燥。
进一步的，柠檬酸溶液的浓度为32.5mg/mL。
优选的，步骤(2)中，1,5-二苯基碳酰二肼与邻苯二甲酸酐丙酮混合溶液中1,5-二苯基碳酰二肼的浓度为15mg/mL，邻苯二甲酸酐丙酮的浓度为40mg/mL。
优选的步骤(2)中，硫化钠水溶液的浓度为15mg/mL。
优选的，步骤(2)中，罗丹明系显色剂溶液的浓度为0.15mg/mL。
检测水体中铬、汞离子的方法，采用所述的纸基微流控芯片，将pH＝5的醋酸缓冲体系下的一系列不同浓度的铬离子溶液分别加入上样区，将稳定显色后的纸基微流控芯片，用分辨率不低于600dpi的图像扫描仪获取图像，将疏水区和铬离子背景控制区的色度趋近于无干扰色块，读取铬离子显色区的色度，通过建立铬离子显色区色度与铬离子浓度之间的线性关系，得到铬离子标准曲线；以上述同样的方法测得汞离子标准曲线；然后将pH＝5的醋酸缓冲体系下的待检测样品加入上样区，得到铬离子显色区和汞离子显色区的色度，根据该色度和铬离子标准曲线、汞离子标准曲线计算得到待检测样品中铬离子和汞离子的浓度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明制作的纸基微流控芯片，采用与铬离子灵敏显色的1,5-二苯基碳酰二肼为显色剂、邻苯二甲酸酐作为显色稳定剂与增敏剂，硫化钠作为预处理试剂。由于硫离子与典型干扰离子快速且稳定的配位沉降作用，使得铅离子、汞离子、镉离子不能迁移进入铬离子显色区，消除检测时干扰离子的交叉影响，从而显著提升显色***抗干扰能力。本发明制作的纸基微流控芯片以罗丹明系显色剂作为汞离子的显色剂，由于该显色剂只与汞离子发生配位，并不与其他离子结合，可以有效抵抗检测时的干扰离子诸如：铅离子、铬离子与镉离子对显色过程的影响，抗干扰能力强。
进一步的，基于对罗丹明系显色剂的酸碱环境试验，其在pH＝3时，与汞离子显色的色度达到最强。而对于铬离子检测pH＝5时色度最强，因此将样品pH调为5后进行上样，为此，在汞离子显色区加入柠檬酸，一方面可以调节汞离子显色***的pH，使其色度与pH＝3时的色度一致，另一方面柠檬酸还是防止显色剂被空气中的氧气氧化的抗氧化剂，
本发明采用滴涂法简便快速制作纸基微流控芯片，制作工艺简单，在保证检测准确性的条件下，显著降低技术操作门槛，制作成本低，易小型化，便于规模化生产。
进一步的，本发明选择出了最佳的显色剂浓度，包括1,5-二苯基碳酰二肼与邻苯二甲酸酐丙酮浓度，硫化钠浓度，罗丹明系显色剂浓度，柠檬酸浓度，优化后的显示***能够达到很高检测精度和灵敏度。
本发明检测方法以pH＝5的醋酸缓冲体系下的待检测样品进行上样，铬离子显色的色度达到最强，提高检测灵敏度，以数字图像比色法，采用任何分别率不低于600dpi的扫描仪即可完成，检测成本极低。
附图说明
图1为本发明设计的重金属离子流路图(纸基微流控芯片结构示意图)。
图2为本发明水体酸碱度对铬离子显色的影响；
图3为本发明水体酸碱度对汞离子显色的影响与柠檬酸试剂用量；
图4为本发明铬离子显色线性关系图；
图5为本发明汞离子显色线性关系图；
图中：上样区1、第一汞离子显色区2、第二汞离子显色区2’、第一铬离子显色区4、第二铬离子显色区4’、第一铬离子预处理区3、第二铬离子预处理区3’、第一铬离子显色背景控制区5、第二铬离子显色背景控制区5’、第一汞离子显色背景控制区6、第二汞离子显色背景控制区6’。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明提供的检测铬、汞离子的纸基微流控芯片，包括滤纸，滤纸上设置有上样区1，上样区1周围通过流通通道分别连接有第一汞离子显色区2、第二汞离子显色区2’、第一铬离子显色区4、第二铬离子显色区4’。第一铬离子显色区4与上样区1之间的流通通道上还设置有第一铬离子预处理区3，第二铬离子显色区4’与上样区1之间的流通通道上还设置有第二铬离子预处理区3’。滤纸上还设置有第一铬离子显色背景控制区5、第二铬离子显色背景控制区5’、第一汞离子显色背景控制区6和第二汞离子显色背景控制区6’。
其制备方法包括如下步骤：
(1)制作空白芯片：采用绘图软件设计如图1所示的纸基微流控芯片的芯片流路，在滤纸一面上喷蜡打印，形成疏水区和纸基微流控芯片的各功能区的区域；继而将打印流路的滤纸放入150℃的真空干燥箱内加热，直至蜡融化渗透贯穿纸面。最后将滤纸取出，室温冷却1min后，在滤纸的另一面用透明胶带均匀覆盖。得到空白芯片，将制备的空白芯片置于干燥器内保存。
(2)区域功能化：铬离子与汞离子采用比色法，在图1所示的芯片区域内，对于铬离子：将15mg/mL的1,5-二苯基碳酰二肼与40mg/mL邻苯二甲酸酐丙酮混合溶液，快速滴加到第一铬离子显色区4、第二铬离子显色区4’、第一铬离子显色背景控制区5和第二铬离子显色背景控制区5’中，再将15mg/mL硫化钠水溶液快速滴加到第一铬离子预处理区3和第二铬离子预处理区3’中，并在室温下将芯片充分干燥。对于汞离子：将0.15mg/mL罗丹明系显色剂的乙腈溶液，快速滴于第一汞离子显色区2、第二汞离子显色区2’、第一汞离子显色背景控制区6和第二汞离子显色背景控制区6’。待各区域干燥后，同样的，取0.25μL的32.5mg/mL的柠檬酸(0.1M，pH＝5，HAc-NaAc)溶液，快速滴于第一汞离子显色区2、第二汞离子显色区2’、第一汞离子显色背景控制区6和第二汞离子显色背景控制区6’，待区域室温干燥后，便可上样比色。
本发明纸基微流控芯片可应用于水体铬离子、汞离子的快速同步检测。
本发明采用如下原料：
Whatman定性滤纸(1号，通用电气中国有限公司)；1,5-二苯基碳酰二肼(1,5-DPC)、硫化钠、无水乙酸钠、乙酸(99.0％，上海国药集团化学试剂有限公司)；氯化铅、氯化镉、氯化汞(99.95％，上海阿拉丁生化科技股份有限公司)；铬酸钾(99.9％，Mw＝194.19，上海国药集团化学试剂有限公司)；实验用水均为一级水(电阻率＞18.2MΩ·cm)。所用试剂皆优于分析纯。
具体实施例1：纸基微流控芯片的制备
针对铬离子与汞离子的不同显色条件，设计不同的离子流路图，设计如图1所示的芯片流路图，通过喷蜡打印技术构筑疏水的坝堰式结构。
滤纸正面在20mm×20mm方形的区域内，依据不同的功能被分割为上样区、显色区、预处理区、背景控制区四部分。所述上样区是直径为12mm的圆，显色区是直径为3mm的圆，预处理区是长轴为4mm、短轴为2.5mm的椭圆，背景控制区是直径为3mm的圆。如图1所示，各功能区域分别为：上样区1、第一汞离子显色区2、第二汞离子显色区2’、第一铬离子显色区4、第二铬离子显色区4’、第一铬离子预处理区3、第二铬离子预处理区3’、第一铬离子显色背景控制区5、第二铬离子显色背景控制区5’、第一汞离子显色背景控制区6和第二汞离子显色背景控制区6’。
打印时，将疏水区域输出颜色的RGB值为248-195-0，并在蜡打印机上一次成型，继而将该芯片置于150℃的真空干燥箱内，将纸面的蜡熔化15s～20s，直至表面的蜡渗透到背面，形成明显的贯穿蜡层。继而将芯片取出，室温冷却1min后，在纸的背面用透明胶带均匀覆盖。这样不仅可以增加芯片的塑型强度，也可以有效防止样液体背渗。最后将制备的空白芯片置于干燥器内保存。
具体实施例2：区域功能化
比色部分中，对于铬离子检测方案，取0.25μL的15mg/mL的1,5-DPC与40mg/mL邻苯二甲酸酐丙酮混合溶液快速滴加到第一铬离子显色区4、第二铬离子显色区4’、第一铬离子显色背景控制区5和第二铬离子显色背景控制区5’中；取0.25μL的15mg/mL硫化钠水溶液快速滴加到第一铬离子预处理区3和第二铬离子预处理区3’中；对于汞离子检测方案，取0.25μL 0.15mg/mL的罗丹明系显色剂乙腈溶液，快速滴于第一汞离子显色区2、第二汞离子显色区2’、第一汞离子显色背景控制区6和第二汞离子显色背景控制区6’，待区域干燥后，同样的，取0.25μL的32.5mg/mL的柠檬酸(0.1M，pH＝5，HAc-NaAc)溶液，快速滴于第一汞离子显色区2、第二汞离子显色区2’、第一汞离子显色背景控制区6和第二汞离子显色背景控制区6’，并在室温下将芯片充分干燥待用。
具体实施例3：芯片上样显色
取10μL，pH＝5的包含铬离子、汞离子、镉离子与铅离子的样品溶液，直接滴加到上样区。样品溶液旋即顺着流路与相应的功能区接触，待稳定显色后10min，便可进行色度量化。
具体实施例4：数字图像处理
将稳定显色后的芯片，用分辨率不低于600dpi的扫描仪获取图像，继而采用图像处理软件，通过阈值筛分，直至蜡疏水区消失而保留显色区颜色色度。然后调整亮度，将背景中残余干扰像素块消除。最后将调整的图片转化为灰度模式，读取各显色区的相应色度数值，得到两铬离子显色区色度值的平均值、两汞离子显色区色度值的平均值。显色背景控制区的作用是，如果按如上所述的图像处理的过程，不能将显色背景控制区的色度消除，则判定该芯片实验数据发生显著***误差。
具体实施例5：水体酸碱度对色度影响
对于铬离子检测，在上述显色体系与预处理体系下，配制pH值为3～8的醋酸缓冲体系下的8.03μg/mL铬离子溶液显色，色度随着溶液pH值增加而快速增强，pH＝5后色度趋于稳定，并且在pH＝5时色度达到最大值，因此选择pH＝5，0.1M的醋酸缓冲体系调节上样溶液的酸碱度。如图2所示。
对于汞离子检测，基于对罗丹明系显色剂的酸碱环境试验，其在pH＝3时，与汞离子显色的色度达到最强。为了配合上样溶液的酸碱环境，需要在汞离子显色区中加入质子调节剂与抗氧化剂柠檬酸。分别配制pH为2～8的醋酸缓冲体系下的8.13μg/mL汞离子溶液上样，如图3所示。当柠檬酸的浓度增加到32.5mg/mL时，相同含量的汞离子与罗丹明系显色剂的色度与pH＝3时的色度一致，因此选用32.5mg/mL的柠檬酸。
具体实施例6：显色***抗干扰能力
对于铬离子检测，得益于硫离子与典型干扰离子稳定且快速的配位沉降作用，使得铅离子、汞离子、镉离子不能迁移进入显色区，显著提升了显色***抗干扰能力。通过实验确定，在上述显色体系与预处理体系下，不影响铬离子检测的最大干扰离子浓度分别为：镉24.61μg/mL、汞离子36.94μg/mL、铅离子372.51μg/mL；对于汞离子检测，通过实验确定，在上述显色体系下，不影响汞离子检测的最大干扰离子浓度分别为：镉24.61μg/mL、铬离子6.69μg/mL、铅离子37.25μg/mL。
具体实施例7：铬离子与汞离子的检测
对于铬离子检测，通过实验确定，在上述显色体系下，分别配制了浓度为1.34μg/mL、2.68μg/mL、4.02μg/mL、5.36μg/mL、6.69μg/mL的铬离子醋酸缓冲溶液，上样后待显色区色度稳定，分别计算每个浓度下对应的色度值，并绘制铬离子标准曲线，如图4与表1所示。
表1铬离子线性关系参量
对于汞离子检测，通过实验确定，在上述显色体系下，采用3.69μg/mL、5.54μg/mL、7.39μg/mL、9.24μg/mL、11.08μg/mL的汞离子醋酸缓冲溶液，上样后待显色区色度稳定，分别计算每个浓度下对应的色度值，并绘制汞离子标准曲线，如图5与表2所示。
表2汞离子线性关系参量
采用该显色体系，两种金属离子的线性拟合度皆优于99％，且检出限较低。
然后将pH＝5的醋酸缓冲体系下的待检测样品加入上样区，得到铬离子显色区和汞离子显色区的色度，根据该色度和铬离子标准曲线、汞离子标准曲线计算得到待检测样品中铬离子和汞离子的浓度。
具体实施例8：铬离子与汞离子的空白加标回收率
铬离子与汞离子的空白加标回收率实验皆采用三水平六平行试验。对于铬离子显色通道，通过实验确定，在上述显色体系下，0.5eq加标回收率为89.4％～104.5％，RSD：6.54％；1.0eq加标回收率为97.8％～105.6％，RSD：2.83％；1.5eq加标回收率为89.5％～100.4％，RSD：4.09％。
对于汞离子显色通道，通过实验确定，在上述显色体系下，0.5eq加标回收率为96.0％～109.1％，RSD：5.5％；1.0eq加标回收率为99.9％～104.7％，RSD：1.6％；1.5eq加标回收率为94.3％～105.5％，RSD：4.8％。
铬离子与汞离子的加标回收率分别为89.4％～105.6％、94.3％～109.1％，表明该方法较准确。
具体实施例9：铬离子与汞离子的检测方法精密度
对于铬离子检测，通过实验确定，在上述显色体系下，线性范围内测定浓度4.25μg/mL的铬离子溶液，平行六份上样，依法测定其含量，其变异系数为1.16％。
对于汞离子检测，通过实验确定，在上述显色体系下，配制浓度为8.13μg/mL的汞离子上样溶液，平行六份上样，测定其含量，RSD为1.98％。
铬离子与汞离子的方法精密度分别为1.16％、1.98％，表明该方法精密度较高。
微流控芯片分析检测技术因其试剂用量少、便携小巧、分析速度快、多通道并行处理等优势而引起广泛的关注。目前，纸基芯片因其制作简便，通道功能多样化而逐渐成为微流控芯片发展的重要趋势。本发明采用蜡打印技术设计贯穿纸面的“亲水——疏水”流路，通过滴涂法将指定区域功能化，可以实现铬、汞离子快速检测。本发明制备的纸基微流控芯片具有制作方法简单、检测快速、成本低廉，易于操作的特点。
上述实施例是为了说明本发明所做的举例，并不局限与上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化或方法改进，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片，其特征在于，所述纸基微流控芯片包括设置有多个功能区的基板；功能区包括上样区、铬离子显色背景控制区和汞离子显色背景控制区，以及与上样区分别连通的铬离子显色区和汞离子显色区，铬离子显色区与上样区之间的连通通道上还设置有铬离子预处理区；
铬离子显色区和铬离子显色背景控制区均沉积有1,5-二苯基碳酰二肼和邻苯二甲酸酐，铬离子预处理区沉积有硫化钠，汞离子显色区和汞离子显色背景控制区均沉积有罗丹明系显色剂。
2.根据权利要求1所述的检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片，其特征在于，汞离子显色区和汞离子显色背景控制区还沉积有柠檬酸。
3.根据权利要求1所述的检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片，其特征在于，基板为亲水型滤纸或纤维素膜。
4.权利要求1所述的检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制作空白芯片：在基板一面上喷蜡打印，形成疏水区和纸基微流控芯片的各功能区的区域，加热直至蜡融化渗透贯穿滤基板面，冷却，在基板的另一面用透明胶带均匀覆盖，得到空白芯片；
(2)区域功能化：将1,5-二苯基碳酰二肼与邻苯二甲酸酐丙酮混合溶液滴加到铬离子显色区和铬离子显色背景控制区，将硫化钠水溶液滴加到铬离子预处理区，将罗丹明系显色剂溶液滴于汞离子显色区和汞离子显色背景控制区，室温干燥。
5.根据权利要求4所述的检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，室温干燥后，将柠檬酸溶液滴于汞离子显色区和汞离子显色背景控制区，室温干燥。
6.根据权利要求5所述的检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片的制备方法，其特征在于，柠檬酸溶液的浓度为32.5mg/mL。
7.根据权利要求4所述的检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，1,5-二苯基碳酰二肼与邻苯二甲酸酐丙酮混合溶液中1,5-二苯基碳酰二肼的浓度为15mg/mL，邻苯二甲酸酐丙酮的浓度为40mg/mL。
8.根据权利要求4所述的检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，硫化钠水溶液的浓度为15mg/mL。
9.根据权利要求4所述的检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，罗丹明系显色剂溶液的浓度为0.15mg/mL。
10.检测水体中铬、汞离子的方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的纸基微流控芯片，将pH＝5的醋酸缓冲体系下的一系列不同浓度的铬离子溶液分别加入上样区，将稳定显色后的纸基微流控芯片，用分辨率不低于600dpi的图像扫描仪获取图像，将疏水区和铬离子背景控制区的色度趋近于无干扰色块，读取铬离子显色区的色度，通过建立铬离子显色区色度与铬离子浓度之间的线性关系，得到铬离子标准曲线；以上述同样的方法测得汞离子标准曲线；然后将pH＝5的醋酸缓冲体系下的待检测样品加入上样区，得到铬离子显色区和汞离子显色区的色度，根据该色度和铬离子标准曲线、汞离子标准曲线计算得到待检测样品中铬离子和汞离子的浓度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911184183.6A CN110898866B (zh) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | 检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片及其制备方法和检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911184183.6A CN110898866B (zh) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | 检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片及其制备方法和检测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110898866A CN110898866A (zh) | 2020-03-24 |
| CN110898866B true CN110898866B (zh) | 2024-06-25 |
Family
ID=69818653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911184183.6A Active CN110898866B (zh) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | 检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片及其制备方法和检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110898866B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111707660B (zh) * | 2020-06-23 | 2023-02-10 | 中国科学院城市环境研究所 | 一种快速定量检测六价铬离子含量的方法 |
| CN113877642A (zh) * | 2021-08-24 | 2022-01-04 | 杭州电子科技大学 | 一种纸基式微通道汗液流量监测芯片结构及其制备方法 |
| CN114192201B (zh) * | 2021-12-09 | 2023-02-17 | 中国科学院烟台海岸带研究所 | 检测铅汞离子的旋转微流控布/纸复合芯片及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN211602939U (zh) * | 2019-11-27 | 2020-09-29 | 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 | 基于数字图像比色法的纸基微流控芯片重金属分析*** |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101382496B (zh) * | 2008-09-27 | 2011-06-29 | 广西师范大学 | 滴定分析常用显色指示剂终点颜色判断的标准比色*** |
| CN101477060B (zh) * | 2009-01-12 | 2011-05-04 | 中国科学院化学研究所 | 汞离子检测试纸及其制备方法与应用 |
| WO2011000047A1 (en) * | 2009-06-30 | 2011-01-06 | Monash University | Quantitative and self-calibrating chemical analysis using paper-based microfluidic systems |
| EP2681538B1 (en) * | 2011-03-11 | 2019-03-06 | Mc10, Inc. | Integrated devices to facilitate quantitative assays and diagnostics |
| CN103674856B (zh) * | 2013-12-21 | 2016-01-13 | 太原理工大学 | 基于扫描及色度分析的微通道用于有机磷农残速测方法 |
| CN104096609A (zh) * | 2014-07-21 | 2014-10-15 | 东南大学 | 一种胶体晶体纸芯片及制备方法 |
| CN104198695B (zh) * | 2014-09-28 | 2018-02-27 | 杨伟群 | 一种对胶体金试纸条显色结果分析的方法 |
| CN104655572B (zh) * | 2015-01-09 | 2017-07-21 | 上海绿帝环保科技有限公司 | 溶液显色反应定量分析检测装置 |
| CN104764696A (zh) * | 2015-04-08 | 2015-07-08 | 三峡大学 | 一种水质重金属在线样品检测*** |
| GB201706616D0 (en) * | 2017-04-26 | 2017-06-07 | Epigem Ltd | Microfluidic device and apparatus |
| CN108514899A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-09-11 | 福州大学 | 一种用于污染物痕量金属快速检测的纸基微流控芯片*** |
| CN108940389A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-12-07 | 东南大学 | 基于激光打印的纸基微流控芯片及其制备方法和应用 |
| CN109164073B (zh) * | 2018-08-03 | 2021-12-21 | 大连大学 | 用于水体重金属离子测定的数字微流控芯片***及方法 |
-
2019
- 2019-11-27 CN CN201911184183.6A patent/CN110898866B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN211602939U (zh) * | 2019-11-27 | 2020-09-29 | 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 | 基于数字图像比色法的纸基微流控芯片重金属分析*** |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110898866A (zh) | 2020-03-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110898866B (zh) | 检测水体中铬、汞离子的纸基微流控芯片及其制备方法和检测方法 | |
| De Araujo et al. | Fabrication of disposable electrochemical devices using silver ink and office paper | |
| CN108344792B (zh) | 一种水体中总砷快速检测方法 | |
| Wu et al. | Portable paper sensors for the detection of heavy metals based on light transmission-improved quantification of colorimetric assays | |
| CN102565153A (zh) | 具有对检测样品进行前处理功能的电极式尿糖测试条 | |
| Xiong et al. | Simultaneous multiplexed detection of protein and metal ions by a colorimetric microfluidic paper-based analytical device | |
| CN102759526B (zh) | 一种金标银染定量检测汞离子的方法及其试剂盒 | |
| CN104931488B (zh) | 一种基于指示剂阵列检测阴离子的方法 | |
| CN110044894B (zh) | 一种***醇的比色检测方法 | |
| Lu-Lu et al. | Fabrication, characterization and performance evaluation of screen-printed carbon electrodes: Determination of acetaminophen in Tylenol | |
| CN111060569A (zh) | 一种检测阿尔茨海默症标志物的电化学适配体传感器、其制备方法及应用 | |
| Liang et al. | Construction of integrated and portable fluorescence sensor and the application for visual detection in situ | |
| CN106957321B (zh) | 快速检测硫离子的络合物及其定量分析方法和应用 | |
| CN110243775A (zh) | 一种铜箔电解液中聚乙二醇含量的分析检测方法及其制备方法 | |
| CN110887889B (zh) | 一种用于水体中重金属快速检测的分析方法 | |
| Guo et al. | In situ measurement of dissolved Fe (II) in sediment pore water with a novel sensor based on C18-ferrozine concentration and optical imaging detection | |
| CN111504988A (zh) | 一种测定有效态磷含量二维分布的方法 | |
| CN111579598A (zh) | 一种便携式微囊藻毒素检测仪及其使用方法 | |
| CN211602939U (zh) | 基于数字图像比色法的纸基微流控芯片重金属分析*** | |
| CN104316713B (zh) | 流动注射光度法测量水体中锌的装置及其测量方法 | |
| CN108613972A (zh) | 一种基于酶催化诱导生成无机纳米颗粒的比色传感方法 | |
| CN115575387A (zh) | 一种燃料电池***金属离子在线检测方法 | |
| CN104977334B (zh) | 一种测量生物需氧量的实验装置和方法 | |
| Portela et al. | Amperometric and spectrophotometric determination of carbaryl in natural waters and commercial formulations | |
| CN112683900A (zh) | 一种手性多巴检测专用纸芯片及检测分析方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |