试纸法在重金属检测中的应用浅谈

钟逶迤 陈映新 曾雁玲

深圳市光明新区疾病预防控制中心，广东深圳 518106

重金属原本是指密度大于4.5g/cm3的金属，主要包括金、银、铜、铁、铅等，重金属在人体中累积到一定程度则会造成慢性中毒。目前对重金属并没有严格统一的定义，而环境方面常说的重金属主要是指汞、镉、铅、铬、砷等具备显著生物毒性的重元素[1-3]。虽然传统的重金属检测方法可以有效分析出环境样本中的重金属离子，但多数检测方法均需要借助大型仪器，分析时间相对较长，并不适用于现场快速检测。随着检测技术的不断发展，重金属快速检测方法逐渐兴起，即便多数快速检测方法只能进行定性检测，灵敏度较低，但检测速度快、操作简单且检测成本低，尤其适用于现场快速筛查和检测，其中，试纸法是应用较为广泛的一种检测技术。

1 几种常用的重金属快速检测方法

1.1 酶分析法

重金属有一定生物毒性，重金属与形成酶活性的巯基或甲巯基结合后，会对酶活性中心的性质和结构产生影响，建立重金属浓度和酶系统变化的定量关系。重金属离子会对酶活性产生定量抑制，这样可以对重金属在环境介质中的浓度进行快速检测。并且，基于催化动力学与酶抑制法原理的结合，可以通过对酶促反应的反应速率进行测定，对抑制率进行计算，同样也可以测定环境样本中的重金属含量[4-6]。酶分析法的检测优势体现在灵敏度高，但此种方法的选择性相对较差，尤其是对于单一重金属离子的检测，检测结果准确性差，检测难度大。目前，多数酶分析法主要适用于水样样品的检测，关于其他样本的检测价值尚不明确。

1.2 免疫分析法

20世纪90年代初期，国外已经建立了针对有机污染物的多种免疫检测方法[7-8]，并试图将这些方法用于重金属离子的检测和分析中。以抗体为依据进行分类，可分为多克隆抗体免疫检测、单克隆抗体免疫检测。免疫分析法的检测优势主要体现在选择性强、灵敏度高，可作为重金属快速检测的主要方法。

1.3 生物化学传感器法

近年来，传染器在国内外的研究相对较多，同时也研制了很多适用于环境在线监测、食品卫生等方面的传感器。生物传感器是利用生物识别物质和待测物质的结合，通过信号转换器输出光电信号。化学传感器则是利用化学反应，以选择性的方式对特定的物质产生响应，对分析物质进行定量或定性测定的装置。两种检测技术的灵敏度高、自动化程度高，但成本高，制作难度大。

2 试纸法及其在重金属检测中的应用

2.1 汞试纸

对环境样品中的汞离子进行快速检测，目前的快速检测方法主要有化学显色法、生物酶抑制法、离子交换法。对样品中的汞离子进行快速检测，检测原理如下。首先，汞离子可与二苯碳酰二肼、结晶紫、碘化亚铜等显色剂反应，反应后产生有颜色的产物，通过目视比色法就可以对环境样本中是否存在汞离子以及汞离子的含量进行快速检测。其次，汞离子可对葡萄糖氧化酶、脲酶的特异性活性产生抑制，相应的，底物分解过程也会被抑制。最后，可利用离子交换，让汞离子在670mm处有最大吸收，当汞离子吸收率最大时，则试纸会由蓝色变为红色，可根据与试纸的变化进行检测和判断。有报道[9]在酸性条件下利用二苯碳酰二肼与汞离子发生络合反应，生成紫红色的络合物，通过此原理获得重金属汞离子的快速检测试纸，并通过这样的方法测定中草药中的重金属汞含量，最终获得最佳的检测条件，试纸的显色范围为0～10μg/mL，并与汞离子含量呈较好的线性关系，以3μg/mL为最低检出限。目前，此种试纸已经广泛用于中草药中重金属汞的现场快速检测中，但由于此种试纸在空气的暴露时间较长，当显色深度加重，色阶的明显性就有所减弱。还有学者在研究中提出[10-11]，用汞抑制葡萄糖氧化酶体系生成蓝色产物的原理，在试剂纸上固定葡萄糖和邻联甲苯胺，制备汞快速检测试纸，建立汞快速检测体系使用光电型传感器。在符合如下条件下进行制备：孵育时间1h，反应时间5min，pH值为3。此种试纸的检测范围在0.01～0.05mmol/L区间内，准确率可达到97%～99%。此种试剂的制作方式简单，检测灵敏度高，且检测成本低，但检测时间相对较长。

2.2 镉试纸

镉离子可以和维多利亚蓝B、镉试剂、硝基苯等显色剂发生络合反应，络合产生的最大吸收波常发生偏移，产物和显色剂的颜色会出现比较显著的差异，而通过目视比色法即可对环境样本中的镉离子及镉离子含量进行快速测定。有学者在研究中用镉离子和维多利亚蓝B、碘化钾形成蓝色三元络合物的原理丢镉快速检测试纸进行制备[12-14]。最终的优化调价是抗血酸浓度为0.004mol/L，碘化钾浓度为0.14mol/L，溶液的ph值为0.3～0.9，显色时间为2min。镉离子含量在0.1～50mg/L区间内时，试纸的颜色深浅会与镉离子的含量呈正相关，最低检出限为0.1mg/L，常见的重金属离子不会影响试纸的显色。并且，与常见的重金属离子，该试剂纸的显色并不会受到影响，将试纸与原子吸收光谱法进行比较发现，试纸的检出率可达到97%左右。该试纸的优势体现在检测范围较为广泛、试纸制作相对简单、制作耗费时间较短、检出的限度相对较高且检测的准确率颇高。但该试纸需要在强酸的环境下进行测定，试纸的应用范围被限定，在很大程度上降低试纸的应用价值，仍需要进一步改进。

2.3 铅试纸

铅离子显色剂主要包括三苯甲烷类碱性染料、玫瑰红酸钠，铅离子与孔雀石绿、玫瑰红酸钠等会发挥是能络合反应，经络合反应后产生有颜色的产物，通过目视观察，并将显色结果与标准图谱进行比较。通过比较即可对环境样品中的铅离子及铅离子含量进行定性和半定量测定。有学者[15-16]在研究中用孔雀石绿作为显色剂，进行铅快速检测试纸的制备，最终的优化条件如下：硝酸浓度为0.374mol/L，抗坏血酸浓度为0.003mol/L，碘化钾浓度为0.174mol/L，显色时间为480s。制备试纸后进行试验表明，当铅浓度为0～40μg/mL时，铅试纸的显色反应后颜色深浅程度和铅浓度存在良好的线性关系，最低检出限为0.5μg/mL，加标后的回收率为80%～120%，常见重金属离子对该试纸的显色反应不会产生多大影响。此种快速检测试纸的制备时间较短，检测成本低、时间短，且检测灵敏度高，具备较高的重复性。

综合上述内容，汞试纸、镉试纸、铅试纸最佳的制备条件见表1所示。

表1 汞试纸、镉试纸、铅试纸最佳的制备条件

3 结论

综上所述，是重金属的一个重要特征是难降解，但却能在食物链的生物中放大作用，最终进入人体，对人体健康造成危害和不良影响。重金属进入人体后，会与蛋白质等发生强烈相互作用，失去活性，或在人体的某些器官中累积，导致慢性中毒。试纸法主要是通过重金属离子和显色剂发生显色反应的方式，对重金属进行半定量和定性检测，试纸法的应用范围较广，基本可以涵盖绝大多数重金属离子，具备操作简单、检测快速等优势。