試紙法在重金屬檢測中的應用淺談

鐘逶迤 陳映新 曾雁玲

深圳市光明新區疾病預防控制中心，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格統一的定義，而環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]。雖然傳統的重金屬檢測方法可以有效分析出環境樣本中的重金屬離子，但多數檢測方法均需要借助大型儀器，分析時間相對較長，并不適用于現場快速檢測。隨著檢測技術的不斷發展，重金屬快速檢測方法逐漸興起，即便多數快速檢測方法只能進行定性檢測，靈敏度較低，但檢測速度快、操作簡單且檢測成本低，尤其適用于現場快速篩查和檢測，其中，試紙法是應用較為廣泛的一種檢測技術。

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合后，會對酶活性中心的性質和結構產生影響，建立重金屬濃度和酶系統變化的定量關系。重金屬離子會對酶活性產生定量抑制，這樣可以對重金屬在環境介質中的濃度進行快速檢測。并且，基于催化動力學與酶抑制法原理的結合，可以通過對酶促反應的反應速率進行測定，對抑制率進行計算，同樣也可以測定環境樣本中的重金屬含量[4-6]。酶分析法的檢測優勢體現在靈敏度高，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，檢測結果準確性差，檢測難度大。目前，多數酶分析法主要適用于水樣樣品的檢測，關于其他樣本的檢測價值尚不明確。

1.2 免疫分析法

20世紀90年代初期，國外已經建立了針對有機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。以抗體為依據進行分類，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勢主要體現在選擇性強、靈敏度高，可作為重金屬快速檢測的主要方法。

1.3 生物化學傳感器法

近年來，傳染器在國內外的研究相對較多，同時也研制了很多適用于環境在線監測、食品衛生等方面的傳感器。生物傳感器是利用生物識別物質和待測物質的結合，通過信號轉換器輸出光電信號?；瘜W傳感器則是利用化學反應，以選擇性的方式對特定的物質產生響應，對分析物質進行定量或定性測定的裝置。兩種檢測技術的靈敏度高、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用

2.1 汞試紙

對環境樣品中的汞離子進行快速檢測，目前的快速檢測方法主要有化學顯色法、生物酶抑制法、離子交換法。對樣品中的汞離子進行快速檢測，檢測原理如下。首先，汞離子可與二苯碳酰二肼、結晶紫、碘化亞銅等顯色劑反應，反應后產生有顏色的產物，通過目視比色法就可以對環境樣本中是否存在汞離子以及汞離子的含量進行快速檢測。其次，汞離子可對葡萄糖氧化酶、脲酶的特異性活性產生抑制，相應的，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，當汞離子吸收率最大時，則試紙會由藍色變為紅色，可根據與試紙的變化進行檢測和判斷。有報道[9]在酸性條件下利用二苯碳酰二肼與汞離子發生絡合反應，生成紫紅色的絡合物，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系，以3μg/mL為最低檢出限。目前，此種試紙已經廣泛用于中草藥中重金屬汞的現場快速檢測中，但由于此種試紙在空氣的暴露時間較長，當顯色深度加重，色階的明顯性就有所減弱。還有學者在研究中提出[10-11]，用汞抑制葡萄糖氧化酶體系生成藍色產物的原理，在試劑紙上固定葡萄糖和鄰聯甲苯胺，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行制備：孵育時間1h，反應時間5min，pH值為3。此種試紙的檢測范圍在0.01～0.05mmol/L區間內，準確率可達到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B、鎘試劑、硝基苯等顯色劑發生絡合反應，絡合產生的最大吸收波常發生偏移，產物和顯色劑的顏色會出現比較顯著的差異，而通過目視比色法即可對環境樣本中的鎘離子及鎘離子含量進行快速測定。有學者在研究中用鎘離子和維多利亞藍B、碘化鉀形成藍色三元絡合物的原理丟鎘快速檢測試紙進行制備[12-14]。最終的優化調價是抗血酸濃度為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區間內時，試紙的顏色深淺會與鎘離子的含量呈正相關，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行比較發現，試紙的檢出率可達到97%左右。該試紙的優勢體現在檢測范圍較為廣泛、試紙制作相對簡單、制作耗費時間較短、檢出的限度相對較高且檢測的準確率頗高。但該試紙需要在強酸的環境下進行測定，試紙的應用范圍被限定，在很大程度上降低試紙的應用價值，仍需要進一步改進。

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、玫瑰紅酸鈉等會發揮是能絡合反應，經絡合反應后產生有顏色的產物，通過目視觀察，并將顯色結果與標準圖譜進行比較。通過比較即可對環境樣品中的鉛離子及鉛離子含量進行定性和半定量測定。有學者[15-16]在研究中用孔雀石綠作為顯色劑，進行鉛快速檢測試紙的制備，最終的優化條件如下：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。制備試紙后進行試驗表明，當鉛濃度為0～40μg/mL時，鉛試紙的顯色反應后顏色深淺程度和鉛濃度存在良好的線性關系，最低檢出限為0.5μg/mL，加標后的回收率為80%～120%，常見重金屬離子對該試紙的顯色反應不會產生多大影響。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，具備較高的重復性。

綜合上述內容，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，最終進入人體，對人體健康造成危害和不良影響。重金屬進入人體后，會與蛋白質等發生強烈相互作用，失去活性，或在人體的某些器官中累積，導致慢性中毒。試紙法主要是通過重金屬離子和顯色劑發生顯色反應的方式，對重金屬進行半定量和定性檢測，試紙法的應用范圍較廣，基本可以涵蓋絕大多數重金屬離子，具備操作簡單、檢測快速等優勢。