一种基于双硫腙的显色液及其制备方法和应用与流程

本发明涉及水质监测，尤其涉及一种基于双硫腙的显色液及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，铅离子的检测方法主要包括原子吸收光谱法（aas）、电感耦合等离子体质谱法（icp-ms）、阳极溶出伏安法（asv）、x射线荧光光谱法（xrf）和分光光度法等。

2、原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法灵敏度高、准确性好，是实验室检测的“金标准”方法，但存在仪器设备昂贵、操作复杂、样品前处理繁琐、检测成本高、不适合现场快速检测等缺陷。阳极溶出伏安法虽可实现现场检测，但电极易受污染、稳定性差、维护成本高。x射线荧光光谱法可实现无损检测，但设备昂贵、灵敏度相对较低。

3、分光光度法因其操作简单、成本低廉、仪器普及度高，一直是水质检测中最常用的方法之一。其中，双硫腙分光光度法是检测铅离子的经典方法，已被列为国家标准方法（如gb 7470-87《水质铅的测定双硫腙分光光度法》）。

4、微流控芯片具有样品消耗量少、分析速度快、易于集成化和自动化等显著优势。然而，微流控芯片要求其预封装的液体试剂（液囊）必须具备一年以上的货架期，能够在芯片制造、运输、储存的全过程中保持化学活性和物理稳定性。

5、双硫腙的稳定性不足，已成为制约其在微流控等预制化检测平台中推广应用的核心瓶颈。因此，业界亟需一种能够从本质上解决双硫腙液态储存不稳定问题的技术方案，使其能够适配微流控芯片等现代化快速检测平台的预封装要求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种基于双硫腙的显色液及其制备方法和应用。通过将双硫腙显色剂包封于plga-hyd-pei两亲性共聚物自组装形成的纳米颗粒中，利用腙键在中性条件下稳定、酸性条件中断裂的ph响应特性，实现了显色剂在芯片液囊中的超长期稳定储存与酸性触发按需释放的统一；通过在酸性释放液中预封装硫脲、柠檬酸铵和盐酸羟胺掩蔽剂组合，在酸性水相中实现了对铜、铁等主要干扰离子的选择性屏蔽，同时以无毒掩蔽剂替代了剧毒氰化钾，从根本上解决了现有双硫腙分光光度法试剂稳定性差、操作繁琐、使用剧毒试剂、难以适配微流控预制化检测平台的技术难题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种基于双硫腙的显色液，从内到外包括双硫腙、聚乳酸-羟基乙酸共聚物和聚乙烯亚胺，

4、所述聚乳酸-羟基乙酸共聚物和聚乙烯亚胺通过腙键连接。

5、plga-hyd-pei是一种两亲性共聚物，其中plga链段为疏水性，pei链段为亲水性。在水相中，该共聚物自发自组装为核-壳结构纳米颗粒：疏水的plga链段聚集形成内核，用于包封同样为疏水性的双硫腙分子；亲水的pei链段伸展形成外壳，赋予纳米颗粒良好的水分散性和正电荷表面。

6、在储存过程中，腙键维持了plga内核与pei外壳的连接，纳米颗粒结构稳定，双硫腙被严密包封于疏水内核中，与外界氧气、水分隔绝，从根本上防止了双硫腙的氧化降解。

7、当纳米颗粒处于酸性环境（ph 4.5~6.0）时，腙键水解断裂，plga与pei分离，纳米颗粒结构解体。plga骨架进一步水解降解，释放出包封的双硫腙。

8、释放出的双硫腙在酸性介质中与铅离子发生配位络合反应，生成紫红色的二硫腙铅络合物。该络合物在500 nm波长处有特征吸收峰，吸光度与铅离子浓度呈良好的线性关系，通过测定吸光度可实现铅离子的定量分析。

9、在以上技术方案的基础上，进一步地，所述聚乳酸-羟基乙酸共聚物与聚乙烯亚胺的质量比为1:（0.8~2.0）。

10、在plga-hyd-pei共聚物中，pei链段的投料比例是决定纳米颗粒结构完整性、功能特性和检测性能的关键参数。当pei质量比低于1:0.8时，亲水链段不足导致纳米颗粒自组装困难、包封率下降、zeta电位过低，颗粒易聚集沉淀，且腙键接枝率偏低导致酸性触发后释放不充分；当pei质量比高于1:2.0时，过量的pei虽能提高释放速率，但会带来纳米颗粒粒径增大、表面正电荷过高引发的非特异性吸附增强、合成纯化困难、储存期间因pei吸湿导致plga提前水解等系列问题，反而损害检测选择性和长期稳定性。

11、在以上技术方案的基础上，进一步地，所述腙键的接枝率为10%~40%。

12、第二方面，本发明还提供了一种基于双硫腙的显色液的制备方法，包括如下步骤：s1、将plga-cooh与三(2-氨基乙基)胺反应，得到plga复合物；

13、s2、将pei与己二酸二酰肼反应，得到pei复合物；

14、s3、将所述plga复合物与pei复合物反应，得到plga-hyd-pei共聚物；

15、s4、将所述plga-hyd-pei共聚物和双硫腙溶解于有机溶剂中，形成有机相，在搅拌下将所述有机相滴加至水相中，然后去除有机溶剂，得到所述基于双硫腙的显色液。

16、在以上技术方案的基础上，进一步地，所述步骤s3包括：将所述plga复合物、pei复合物和冰醋酸，在惰性气氛下于20~50℃反应，得到plga-hyd-pei共聚物。

17、在以上技术方案的基础上，进一步地，plga-cooh、pei、己二酸二酰肼的质量比为（1.5~2.5）:1:（0.3~0.35）。

18、第三方面，本发明还提供了一种试剂液囊，其内部封装有所述的基于双硫腙显色液。

19、第四方面，本发明还提供了一种用于检测铅的微流控检测芯片，所述芯片上预制有至少一个试剂液囊。

20、在以上技术方案的基础上，进一步地，所述芯片上还预制有至少一个释放液囊，所述释放液囊包括ph在4.5~6.0的酸性缓冲液，所述酸性缓冲液包括硫脲、柠檬酸铵和盐酸羟胺。

21、本发明释放液囊中预封装了硫脲、柠檬酸铵和盐酸羟胺三种掩蔽剂，其协同作用机理如下：

22、硫脲：硫脲分子中的硫原子和氮原子均可提供孤对电子，与cu2+、hg2+、ag+等干扰离子形成稳定的配位络合物，从而有效竞争干扰离子，使其无法与双硫腙显色。硫脲与pb2+的络合能力极弱，不影响铅的测定。

23、柠檬酸铵：柠檬酸根与fe3+、al3+等多价金属离子形成稳定络合物，有效掩蔽高价金属离子的干扰，同时防止其在酸性介质中水解形成氢氧化物沉淀。

24、盐酸羟胺：消除铁的干扰，同时作为抗氧化剂，保护双硫腙不被溶解氧氧化。

25、通过上述三种掩蔽剂的协同作用，本发明在酸性水相中实现了对主要干扰离子的有效屏蔽，确保了铅离子检测的选择性和准确性。

26、在以上技术方案的基础上，进一步地，以释放液囊的质量百分数之和为100%计，硫脲的质量分数为0.3%~1.5%，所述柠檬酸铵的质量分数为0.5%~3.0%，所述盐酸羟胺的质量分数为0.3%~1.5%。

27、在以上技术方案的基础上，进一步地，所述酸性缓冲液还包括醋酸-醋酸钠缓冲液或柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液的至少一种。

28、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

29、（1）实现了双硫腙显色剂的超长期稳定储存：通过plga-hyd-pei纳米颗粒的封装，双硫腙与外界氧气、水分隔绝，从根本上防止了氧化降解，提升了储存稳定性。突破了现有双硫腙溶液有效期短的瓶颈。

30、（2）实现了酸性触发、按需释放：通过plga-hyd-pei纳米颗粒的封装，双硫腙仅在酸性检测环境中被释放，实现了“稳定储存”与“即时使用”。该释放机制响应速度快、释放效率高，完美适配微流控芯片快速检测的时间需求。

31、（3）简化了操作流程：本发明无需使用三氯甲烷、四氯化碳等有机溶剂进行萃取，简化了操作步骤，降低了技术门槛，更适合现场快速检测和芯片集成。

32、（4）实现了无毒化检测：以硫脲、柠檬酸铵和盐酸羟胺替代常规方法中使用的剧毒氰化钾作为掩蔽剂，消除了安全风险和废液处理难题，实现了绿色环保检测。

33、（5）适配微流控芯片集成：本发明的plga-hyd-pei纳米颗粒可制备为冻干粉末预封装于芯片试剂液囊中，释放液囊预封装于独立液囊中，芯片结构简单、易于制造。