試紙法在重金屬檢測中的應(yīng)用淺談

鐘逶迤 陳映新 曾雁玲

深圳市光明新區(qū)疾病預(yù)防控制中心，廣東深圳 518106

重金屬原本是指密度大于4.5g/cm3的金屬，主要包括金、銀、銅、鐵、鉛等，重金屬在人體中累積到一定程度則會造成慢性中毒。目前對重金屬并沒有嚴(yán)格統(tǒng)一的定義，而環(huán)境方面常說的重金屬主要是指汞、鎘、鉛、鉻、砷等具備顯著生物毒性的重元素[1-3]。雖然傳統(tǒng)的重金屬檢測方法可以有效分析出環(huán)境樣本中的重金屬離子，但多數(shù)檢測方法均需要借助大型儀器，分析時間相對較長，并不適用于現(xiàn)場快速檢測。隨著檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，重金屬快速檢測方法逐漸興起，即便多數(shù)快速檢測方法只能進(jìn)行定性檢測，靈敏度較低，但檢測速度快、操作簡單且檢測成本低，尤其適用于現(xiàn)場快速篩查和檢測，其中，試紙法是應(yīng)用較為廣泛的一種檢測技術(shù)。

1 幾種常用的重金屬快速檢測方法

1.1 酶分析法

重金屬有一定生物毒性，重金屬與形成酶活性的巰基或甲巰基結(jié)合后，會對酶活性中心的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，建立重金屬濃度和酶系統(tǒng)變化的定量關(guān)系。重金屬離子會對酶活性產(chǎn)生定量抑制，這樣可以對重金屬在環(huán)境介質(zhì)中的濃度進(jìn)行快速檢測。并且，基于催化動力學(xué)與酶抑制法原理的結(jié)合，可以通過對酶促反應(yīng)的反應(yīng)速率進(jìn)行測定，對抑制率進(jìn)行計(jì)算，同樣也可以測定環(huán)境樣本中的重金屬含量[4-6]。酶分析法的檢測優(yōu)勢體現(xiàn)在靈敏度高，但此種方法的選擇性相對較差，尤其是對于單一重金屬離子的檢測，檢測結(jié)果準(zhǔn)確性差，檢測難度大。目前，多數(shù)酶分析法主要適用于水樣樣品的檢測，關(guān)于其他樣本的檢測價(jià)值尚不明確。

1.2 免疫分析法

20世紀(jì)90年代初期，國外已經(jīng)建立了針對有機(jī)污染物的多種免疫檢測方法[7-8]，并試圖將這些方法用于重金屬離子的檢測和分析中。以抗體為依據(jù)進(jìn)行分類，可分為多克隆抗體免疫檢測、單克隆抗體免疫檢測。免疫分析法的檢測優(yōu)勢主要體現(xiàn)在選擇性強(qiáng)、靈敏度高，可作為重金屬快速檢測的主要方法。

1.3 生物化學(xué)傳感器法

近年來，傳染器在國內(nèi)外的研究相對較多，同時也研制了很多適用于環(huán)境在線監(jiān)測、食品衛(wèi)生等方面的傳感器。生物傳感器是利用生物識別物質(zhì)和待測物質(zhì)的結(jié)合，通過信號轉(zhuǎn)換器輸出光電信號?；瘜W(xué)傳感器則是利用化學(xué)反應(yīng)，以選擇性的方式對特定的物質(zhì)產(chǎn)生響應(yīng)，對分析物質(zhì)進(jìn)行定量或定性測定的裝置。兩種檢測技術(shù)的靈敏度高、自動化程度高，但成本高，制作難度大。

2 試紙法及其在重金屬檢測中的應(yīng)用

2.1 汞試紙

對環(huán)境樣品中的汞離子進(jìn)行快速檢測，目前的快速檢測方法主要有化學(xué)顯色法、生物酶抑制法、離子交換法。對樣品中的汞離子進(jìn)行快速檢測，檢測原理如下。首先，汞離子可與二苯碳酰二肼、結(jié)晶紫、碘化亞銅等顯色劑反應(yīng)，反應(yīng)后產(chǎn)生有顏色的產(chǎn)物，通過目視比色法就可以對環(huán)境樣本中是否存在汞離子以及汞離子的含量進(jìn)行快速檢測。其次，汞離子可對葡萄糖氧化酶、脲酶的特異性活性產(chǎn)生抑制，相應(yīng)的，底物分解過程也會被抑制。最后，可利用離子交換，讓汞離子在670mm處有最大吸收，當(dāng)汞離子吸收率最大時，則試紙會由藍(lán)色變?yōu)榧t色，可根據(jù)與試紙的變化進(jìn)行檢測和判斷。有報(bào)道[9]在酸性條件下利用二苯碳酰二肼與汞離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成紫紅色的絡(luò)合物，通過此原理獲得重金屬汞離子的快速檢測試紙，并通過這樣的方法測定中草藥中的重金屬汞含量，最終獲得最佳的檢測條件，試紙的顯色范圍為0～10μg/mL，并與汞離子含量呈較好的線性關(guān)系，以3μg/mL為最低檢出限。目前，此種試紙已經(jīng)廣泛用于中草藥中重金屬汞的現(xiàn)場快速檢測中，但由于此種試紙?jiān)诳諝獾谋┞稌r間較長，當(dāng)顯色深度加重，色階的明顯性就有所減弱。還有學(xué)者在研究中提出[10-11]，用汞抑制葡萄糖氧化酶體系生成藍(lán)色產(chǎn)物的原理，在試劑紙上固定葡萄糖和鄰聯(lián)甲苯胺，制備汞快速檢測試紙，建立汞快速檢測體系使用光電型傳感器。在符合如下條件下進(jìn)行制備：孵育時間1h，反應(yīng)時間5min，pH值為3。此種試紙的檢測范圍在0.01～0.05mmol/L區(qū)間內(nèi)，準(zhǔn)確率可達(dá)到97%～99%。此種試劑的制作方式簡單，檢測靈敏度高，且檢測成本低，但檢測時間相對較長。

2.2 鎘試紙

鎘離子可以和維多利亞藍(lán)B、鎘試劑、硝基苯等顯色劑發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，絡(luò)合產(chǎn)生的最大吸收波常發(fā)生偏移，產(chǎn)物和顯色劑的顏色會出現(xiàn)比較顯著的差異，而通過目視比色法即可對環(huán)境樣本中的鎘離子及鎘離子含量進(jìn)行快速測定。有學(xué)者在研究中用鎘離子和維多利亞藍(lán)B、碘化鉀形成藍(lán)色三元絡(luò)合物的原理丟鎘快速檢測試紙進(jìn)行制備[12-14]。最終的優(yōu)化調(diào)價(jià)是抗血酸濃度為0.004mol/L，碘化鉀濃度為0.14mol/L，溶液的ph值為0.3～0.9，顯色時間為2min。鎘離子含量在0.1～50mg/L區(qū)間內(nèi)時，試紙的顏色深淺會與鎘離子的含量呈正相關(guān)，最低檢出限為0.1mg/L，常見的重金屬離子不會影響試紙的顯色。并且，與常見的重金屬離子，該試劑紙的顯色并不會受到影響，將試紙與原子吸收光譜法進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，試紙的檢出率可達(dá)到97%左右。該試紙的優(yōu)勢體現(xiàn)在檢測范圍較為廣泛、試紙制作相對簡單、制作耗費(fèi)時間較短、檢出的限度相對較高且檢測的準(zhǔn)確率頗高。但該試紙需要在強(qiáng)酸的環(huán)境下進(jìn)行測定，試紙的應(yīng)用范圍被限定，在很大程度上降低試紙的應(yīng)用價(jià)值，仍需要進(jìn)一步改進(jìn)。

2.3 鉛試紙

鉛離子顯色劑主要包括三苯甲烷類堿性染料、玫瑰紅酸鈉，鉛離子與孔雀石綠、玫瑰紅酸鈉等會發(fā)揮是能絡(luò)合反應(yīng)，經(jīng)絡(luò)合反應(yīng)后產(chǎn)生有顏色的產(chǎn)物，通過目視觀察，并將顯色結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行比較。通過比較即可對環(huán)境樣品中的鉛離子及鉛離子含量進(jìn)行定性和半定量測定。有學(xué)者[15-16]在研究中用孔雀石綠作為顯色劑，進(jìn)行鉛快速檢測試紙的制備，最終的優(yōu)化條件如下：硝酸濃度為0.374mol/L，抗壞血酸濃度為0.003mol/L，碘化鉀濃度為0.174mol/L，顯色時間為480s。制備試紙后進(jìn)行試驗(yàn)表明，當(dāng)鉛濃度為0～40μg/mL時，鉛試紙的顯色反應(yīng)后顏色深淺程度和鉛濃度存在良好的線性關(guān)系，最低檢出限為0.5μg/mL，加標(biāo)后的回收率為80%～120%，常見重金屬離子對該試紙的顯色反應(yīng)不會產(chǎn)生多大影響。此種快速檢測試紙的制備時間較短，檢測成本低、時間短，且檢測靈敏度高，具備較高的重復(fù)性。

綜合上述內(nèi)容，汞試紙、鎘試紙、鉛試紙最佳的制備條件見表1所示。

表1 汞試紙、鎘試紙、鉛試紙最佳的制備條件

3 結(jié)論

綜上所述，是重金屬的一個重要特征是難降解，但卻能在食物鏈的生物中放大作用，最終進(jìn)入人體，對人體健康造成危害和不良影響。重金屬進(jìn)入人體后，會與蛋白質(zhì)等發(fā)生強(qiáng)烈相互作用，失去活性，或在人體的某些器官中累積，導(dǎo)致慢性中毒。試紙法主要是通過重金屬離子和顯色劑發(fā)生顯色反應(yīng)的方式，對重金屬進(jìn)行半定量和定性檢測，試紙法的應(yīng)用范圍較廣，基本可以涵蓋絕大多數(shù)重金屬離子，具備操作簡單、檢測快速等優(yōu)勢。