一种用于快速检测镍离子的方法和装置与流程

1.本发明涉及镍离子检测技术领域，尤其涉及一种用于快速检测镍离子的方法和装置。


背景技术：

2.镍是人体的必需元素之一，正常情况下，成人体内含镍约为10mg。镍也是日常生活中极易的致敏的元素之一，接触镍而致敏的人会出现发炎、瘙痒、丘疹水疱性皮炎和湿疹等症状，且出现过敏症状能够无限期持续。人体摄入镍过量时，会出现呕吐、腹泻、肠胃炎等，严重时导致脏器水肿、出水和变性。香烟中的镍会对肺产生刺激和损害作用。因此，控制并减少镍的摄入是不可或缺的。
3.镍具有良好的可塑性、耐腐蚀性和磁性等性能，广泛应用于钢铁、镍合金、电镀及电池等领域，广泛用于飞机、雷达等各种军工制造业和电镀工业等。镍对人体的危害不容小视，国家对镍的含量也有明确限定。在国家标准gb 8978
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1996《中华人民共和国国家标准污水综合排放标准》明确规定，镍的含量不得超过1.0mg/l。镍离子含量的检测对污水排放、环境检测、农业应用、食品安全的领域均有着重要意义。当前，常见的重金属检测方法有：原子吸收分光光度法、紫外分光光度计、荧光分光光度计、电感耦合等离子质谱仪。但上述方法仪器体积较大，不便于携带；单次检测价格昂贵，不适用于日常检测；检测专业化，不适用于普通居民日常使用。因此，现有重金属检测方法无法满足快速便携的检测要求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，有必要提供一种用于快速检测镍离子的方法和装置，用以解决现有技术中镍离子检测成本高、时间长，且检测装置不便携带的技术问题。
5.本发明的第一方面提供一种用于快速检测镍离子的方法，包括以下步骤：
6.s1、配制显色溶液：通过丁二酮肟、氢氧化钠、去离子水配制丁二酮肟碱性溶液；
7.s2、制备羧基化细菌纤维素膜：将细菌纤维素膜进行羧基化改性，得到羧基化细菌纤维素膜；
8.s3、制备镍离子检测器：将上述羧基化细菌纤维素膜浸入至上述丁二酮肟碱性溶液中，恒温振荡后洗涤，随后将洗涤至中性的羧基化细菌纤维素进行冷冻干燥，得到镍离子检测器；
9.s4、制备标准比色卡：将ph＝9的一系列浓度梯度为：0、1、2、5、10、20、50mg/l的标准镍离子溶液，滴加在镍离子检测器上，拍照记录镍离子检测器的颜色，并制作成为标准比色卡；
10.s5、检测待测样品：将待测样品滴加到另一镍离子检测器上，将镍离子检测器的颜色与标准比色卡比对，得到待测样品中镍离子的浓度。
11.本发明的第二方面提供一种用于快速检测镍离子的装置，该用于快速检测镍离子的装置包括镍离子检测器和标准比色卡。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
13.(1)本发明的镍离子检测器，能够快速、简便检测镍离子的浓度，检测下限可精确到ppm级，测定全过程仅需1
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3分钟，能够现场得到检测结果，提高检测效率；使用过程简便，无需专业人员进行，可满足百姓日常检测需求；
14.(2)本发明的镍离子检测器体积小、易于携带、成本低、检测速度快，使用过程中仅需检测器与标准比色卡，无需其他溶液或大型装置，检测极为方便，不带来环境污染，节能环保，使用方便，有利于技术经济的可持续发展。
附图说明
15.图1为本发明实施例1中的标准比色卡；
16.图2为本发明实施例2中的检测器的sem图像；
17.图3为本发明实施例10中制备的ph值与吸光度的示意图；
18.图4为本发明实施例11中的显色剂浓度与吸光度的关系图；
19.图5为本发明实施例12中的多种离子选择性吸光度比较图。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
21.本发明的第一方面提供一种用于快速检测镍离子的方法，包括以下步骤：
22.s1、配制显色溶液：通过丁二酮肟、氢氧化钠、去离子水配制丁二酮肟碱性溶液；
23.s2、制备羧基化细菌纤维素膜：将细菌纤维素膜进行羧基化改性，得到羧基化细菌纤维素膜；
24.s3、制备镍离子检测器：将上述羧基化细菌纤维素膜浸入至上述丁二酮肟碱性溶液中，恒温振荡后洗涤，随后将洗涤至中性的羧基化细菌纤维素进行冷冻干燥，得到镍离子检测器；
25.s4、制备标准比色卡：将ph＝9的一系列浓度梯度为：0、1、2、5、10、20、50mg/l的标准镍离子溶液，滴加在镍离子检测器上，拍照记录镍离子检测器的颜色，并制作成为标准比色卡；
26.s5、检测待测样品：将待测样品滴加到另一镍离子检测器上，将镍离子检测器的颜色与标准比色卡比对，得到待测样品中镍离子的浓度。
27.本发明通过阳离子羧基化改性细菌纤维素，使细菌纤维素表面
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oh被氧化为
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cooh，增加细菌纤维素中羧基含量来增加其亲水性能；同时，由于静电作用加速了镍离子在羧基化细菌纤维素表面的富集，提高了检测下限与检测精度，检测效果好。
28.本发明的步骤s1中，丁二酮肟碱性溶液中，氢氧化钠的质量浓度为0.08～0.12g/l，丁二酮肟的浓度为6～14mmol/l；配制时的温度为20～45℃。
29.在本发明的一些具体实施方式中，丁二酮肟碱性溶液中，氢氧化钠的质量浓度为0.1g/l，丁二酮肟的浓度范围为8～12mmol/l。
30.本发明的步骤s2中，细菌纤维素膜的制备过程包括：配制木醋杆菌培养基，在无菌
条件下接种菌种，活化后将菌种恒温静置培养得到薄膜，用氢氧化钠溶液除去残留细菌，并用去离子水洗至中性，得到透明水凝胶状细菌纤维素薄膜。
31.本发明的一些具体实施方式中，木醋杆菌培养基的成分为：2～3wt％葡萄糖、0.2～0.8wt％酵母提取物、0.2～0.8wt％胰蛋白胨、0.08～0.15wt％一水合柠檬酸、0.08～0.15wt％磷酸二氢钾、0.2～0.8wt％十二水合磷酸氢二钠，ph为5～7。菌种活化的温度为28～32℃，时间为36～72h；菌种恒温静置培养的温度为28～32℃，时间为7～14d。
32.本发明的一些更具体实施方式中，木醋杆菌培养基的成分为：2.5wt％葡萄糖、0.5wt％酵母提取物、0.5wt％胰蛋白胨、0.11wt％一水合柠檬酸、0.11wt％磷酸二氢钾、0.5wt％十二水合磷酸氢二钠，ph为6。
33.本发明中，将细菌纤维素膜(bc)使用铜离子
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过氧化氢羧基化方法进行改性，得到羧基化细菌纤维素膜。
34.在本发明的一些具体实施方式中，改性的过程具体为：将细菌纤维素膜浸入含铜离子和过氧化氢(h2o2)的混合溶液中，加热搅拌，随后经水洗至洗涤液为中性，得到羧基化细菌纤维素膜。
35.在本发明的一些更具体实施方式中，含铜离子和过氧化氢(h2o2)的混合溶液中，h2o2浓度为10～30％，铜离子浓度为0.018～0.025g/l；加热搅拌的温度为60～65℃，加热搅拌的时间为5～6h，搅拌转速为200～220r/min；基材的清洗方式为：使用超纯水超声清洗10～20分钟，随后换水重复上述清洗步骤，直至洗涤液ph为7时，清洗完成。
36.本发明的步骤s3中，恒温震荡的温度为30～40℃时间为1～2h；冷冻干燥的过程为：将洗涤至中性的羧基化细菌纤维素在
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80～
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60℃冰箱中预冷冻1～6h后，置于冷冻干燥机中冻干24～72h。本发明通过冷冻干燥，能够保持膜结构形态不被破坏，同时避免药品被空气杂质污染。
37.本发明中，标准镍离子溶液选用的镍源为氯化镍、硫酸镍、硝酸镍中的至少一种，优选为氯化镍。
38.本发明中，上述待测样品为液体，待测样品中镍离子的浓度范围为1～50mg/l。
39.本发明中，制备标准比色卡以及检测待测样品的过程中，标准镍离子溶液以及待测样品滴加量一致。在本发明的一些具体实施方式中滴加量均为0.2ml。
40.本发明的第二方面提供一种用于快速检测镍离子的装置，该用于快速检测镍离子的装置包括镍离子检测器和标准比色卡。
41.实施例1
42.本实施例提供了一种镍离子检测器和标准比色卡的制备方法，包括以下步骤：
43.(1)配制显色溶液：将0.01g的氢氧化钠和1mmol的丁二酮肟加入100ml的水中溶解，配制成丁二酮肟碱性溶液；
44.(2)制备细菌纤维素膜：配制500ml木醋杆菌培养基(包含2.5wt％葡萄糖、0.5wt％酵母提取物、0.5wt％胰蛋白胨、0.11wt％一水合柠檬酸、0.11wt％磷酸二氢钾、0.5wt％十二水合磷酸氢二钠)，将培养基ph调制6，在无菌条件下接种5ml菌液(保藏编号atcc 700178)，在30℃恒温培养箱中活化48h，活化后将菌液移至10
×
20
×
20cm的塑料箱中，放置在30℃恒温箱中静置10天，培养得到薄膜，用氢氧化钠溶液除去残留细菌，并用去离子水洗至中性，得到透明水凝胶状细菌纤维素膜。
45.(3)制备羧基化细菌纤维素膜：取100ml 20％的h2o2，加入氯化铜4.02mg，将步骤(2)制备的细菌纤维素膜放入其中，加热到65℃，转速为200r/min，反应6小时后将其取出，使用超纯水100ml超声清洗10分钟，随后换水重复上述清洗步骤，直至洗涤液ph为7时，清洗完成，得到羧基化细菌纤维素膜。
46.(4)制备镍离子检测器：将步骤(3)得到的羧基化细菌纤维素膜浸入至步骤(1)得到的丁二酮肟碱性溶液中，在30℃恒温振荡2小时后洗涤，随后将洗涤至中性的羧基化细菌纤维素膜取出放在
‑
80℃冰箱中预冷冻2h后，置于冷冻干燥机中冻干24h，取出将其剪裁5
×
8mm，得到镍离子检测器。
47.(5)制备标准比色卡：将ph＝9的一系列浓度梯度为：0、1、2、5、10、20、50mg/l的标准镍离子溶液，移取不同浓度的镍离子溶液0.2ml分别滴加在镍离子检测器上，30s后拍照记录检测器的颜色，并制作成为标准比色卡。
48.本实施例制备得到的比色卡如图1所示，该检测器对镍离子的检测限低至1mg/l。图2为镍离子检测器的sem图像，说明显色剂成功的负载到羧基化细菌纤维素膜上。
49.实施例2
50.本实施例提供了一种镍离子检测器和标准比色卡的制备方法，包括以下步骤：
51.(1)配制显色溶液：将0.01g的氢氧化钠和0.8mmol/l的丁二酮肟加入100ml的水中溶解，配制成丁二酮肟碱性溶液；
52.(2)制备细菌纤维素膜：配制500ml木醋杆菌培养基(包含2.5wt％葡萄糖、0.5wt％酵母提取物、0.5wt％胰蛋白胨、0.11wt％一水合柠檬酸、0.11wt％磷酸二氢钾、0.5wt％十二水合磷酸氢二钠)，将培养基ph调制6，在无菌条件下接种5ml菌液(保藏编号atcc 700178)，在30℃恒温培养箱中活化48h，活化后将菌液移至10
×
20
×
20cm的塑料箱中，放置在30℃恒温箱中静置14天，培养得到薄膜，用氢氧化钠溶液除去残留细菌，并用去离子水洗至中性，得到透明水凝胶状细菌纤维素膜。
53.(3)制备羧基化细菌纤维素膜：取100ml 20％的h2o2，加入氯化铜4.02mg，将步骤(2)制备的细菌纤维素膜放入其中，加热到60℃，转速为200r/min，反应6小时后将其取出，使用超纯水100ml超声清洗10分钟，随后换水重复上述清洗步骤，直至洗涤液ph为7时，清洗完成，得到羧基化细菌纤维素膜。
54.(4)制备镍离子检测器：将步骤(3)得到的羧基化细菌纤维素膜浸入至步骤(1)得到的丁二酮肟碱性溶液中，在30℃恒温振荡2小时后洗涤，随后将洗涤至中性的羧基化细菌纤维素膜取出放在
‑
80℃冰箱中预冷冻2h后，置于冷冻干燥机中冻干24h，取出将其剪裁5
×
8mm，得到镍离子检测器。
55.(5)制备标准比色卡：将ph＝9的一系列浓度梯度为：0、1、2、5、10、20、50mg/l的标准镍离子溶液，移取不同浓度的镍离子溶液0.2ml分别滴加在镍离子检测器上，30s后拍照记录检测器的颜色，并制作成为标准比色卡。
56.本实施例制备的标准比色卡、检测限均与实施例1一致。
57.实施例3
58.本实施例提供了一种镍离子检测器和标准比色卡的制备方法，包括以下步骤：
59.(1)配制显色溶液：将0.01g的氢氧化钠和1.2mmol的丁二酮肟加入100ml的水中溶解，配制成丁二酮肟碱性溶液；
60.(2)制备细菌纤维素膜：配制500ml木醋杆菌培养基(包含2.5wt％葡萄糖，0.5wt％酵母提取物，0.5wt％胰蛋白胨，0.11wt％一水合柠檬酸，0.11wt％磷酸二氢钾、0.5wt％十二水合磷酸氢二钠)，将培养基ph调制6，在无菌条件下接种5ml菌液(保藏编号atcc 700178)，在30℃恒温培养箱中活化48h，活化后将菌液移至10
×
20
×
20cm的塑料箱中，放置在30℃恒温箱中静置12天，培养得到薄膜，用氢氧化钠溶液除去残留细菌，并用去离子水洗至中性，得到透明水凝胶状细菌纤维素膜。
61.(3)制备羧基化细菌纤维素膜：取100ml 20％的h2o2，加入氯化铜4.02mg，将步骤(2)制备的细菌纤维素膜放入其中，加热到60℃，转速为200r/min，反应6小时后将其取出，使用超纯水100ml超声清洗10分钟，随后换水重复上述清洗步骤，直至洗涤液ph为7时，清洗完成，得到羧基化细菌纤维素膜。
62.(4)制备镍离子检测器：将步骤(3)得到的羧基化细菌纤维素膜浸入至步骤(1)得到的丁二酮肟碱性溶液中，在30℃恒温振荡2小时后洗涤，随后将洗涤至中性的羧基化细菌纤维素膜取出放在
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80℃冰箱中预冷冻2h后，置于冷冻干燥机中冻干24h，取出将其剪裁5
×
8mm，得到镍离子检测器。
63.(5)制备标准比色卡：将ph＝9的一系列浓度梯度为：0、1、2、5、10、20、50mg/l的标准镍离子溶液，移取不同浓度的镍离子溶液0.2ml分别滴加在镍离子检测器上，30s后拍照记录检测器的颜色，并制作成为标准比色卡。
64.本实施例制备的标准比色卡、检测限均与实施例1一致。
65.实施例4
66.一种用于快速检测镍离子的方法，包括以下步骤：
67.(1)配制镍离子溶液：使用100mg/l的镍离子母液，配制浓度1mg/l的镍离子溶液；镍离子母液中的镍源为氯化镍。
68.(2)检测镍离子：将配制好的镍离子溶液取0.2ml滴加到镍离子检测器上，并将其颜色与标准比色卡比对，读出其中镍离子浓度为1mg/l；本实施例中，使用实施例1制备的镍离子检测器和标准比色卡检测镍离子。
69.实施例5
70.一种用于快速检测镍离子的方法，包括以下步骤：
71.(1)配制镍离子溶液：使用100mg/l的镍离子母液，配制浓度2mg/l的镍离子溶液；镍离子母液中的镍源为氯化镍。
72.(2)检测镍离子：将配制好的镍离子溶液取0.2ml滴加到镍离子检测器上，并将其颜色与标准比色卡比对，读出其中镍离子浓度为2mg/l；本实施例中，使用实施例1制备的镍离子检测器和标准比色卡检测镍离子。
73.实施例6
74.一种用于快速检测镍离子的方法，包括以下步骤：
75.(1)配制镍离子溶液：使用100mg/l的镍离子母液，配制浓度5mg/l的镍离子溶液；镍离子母液中的镍源为氯化镍。
76.(2)检测镍离子：将配制好的镍离子溶液取0.2ml滴加到镍离子检测器上，并将其颜色与标准比色卡比对，读出其中镍离子浓度为5mg/l；本实施例中，使用实施例1制备的镍离子检测器和标准比色卡检测镍离子。
77.实施例7
78.一种用于快速检测镍离子的方法，包括以下步骤：
79.(1)配制镍离子溶液：使用100mg/l的镍离子母液，配制浓度10mg/l的镍离子溶液；镍离子母液中的镍源为氯化镍。
80.(2)镍离子的检测：将配制好的镍离子溶液取0.2ml滴加到镍离子检测器上，并将其颜色与标准比色卡比对，读出其中镍离子浓度为10mg/l；本实施例中，使用实施例1制备的镍离子检测器和标准比色卡检测镍离子。
81.实施例8
82.一种用于快速检测镍离子的方法，包括以下步骤：
83.(1)配制镍离子溶液：使用100mg/l的镍离子母液，配制浓度20mg/l的镍离子溶液；镍离子母液中的镍源为氯化镍。
84.(2)检测镍离子：将配制好的镍离子溶液取0.2ml滴加到镍离子检测器上，并将其颜色与标准比色卡比对，读出其中镍离子浓度为20mg/l；本实施例中，使用实施例1制备的镍离子检测器和标准比色卡检测镍离子。
85.实施例9
86.一种用于快速检测镍离子的方法，包括以下步骤：
87.(1)配制镍离子溶液：使用100mg/l的镍离子母液，配制浓度50mg/l的镍离子溶液；镍离子母液中的镍源为氯化镍。
88.(2)检测镍离子：将配制好的镍离子溶液取0.2ml滴加到镍离子检测器上，并将其颜色与标准比色卡比对，读出其中镍离子浓度为50mg/l；本实施例中，使用实施例1制备的镍离子检测器和标准比色卡检测镍离子。
89.实施例10
90.镍离子的最佳ph探究，包括以下步骤：
91.配制10mg/l的镍离子标准溶液，通过hci与naoh调节溶液ph为：1、3、5、7、9、11、13；加入1ml不同ph镍离子溶液与1ml实施例1制备的丁二酮肟碱性溶液，测定其在波峰547nm处的吸光度，结果如图3所示。通过图3可以看出，镍离子的最佳ph为9。
92.实施例11
93.镍离子的最佳显色剂浓度探究，包括以下步骤：
94.配制50mg/l、ph＝9的镍离子标准溶液，配制浓度为2～14mmol/l的显色剂溶液(氢氧化钠的质量浓度为0.1g/l)；加入1ml镍离子标准溶液与1ml不同浓度丁二酮肟碱性溶液，测定其在波峰547处的吸光度，结果如图4所示。通过图4可以看出，显色剂的最佳浓度为8mmol/l。
95.实施例12
96.镍离子的溶液的选择性探究，包括以下步骤：
97.配制一系列5mg/l的16种常见重金属离子，将1ml常见金属溶液、1ml丁二酮肟碱性溶液加入10ml玻璃瓶内，测量该溶液在547nm波长处的吸光度，记录并整理如图5。通过图5可以看出，该方法对镍离子具有很好的选择性。
98.对比例1
99.与实施例1相比，区别仅在于，直接采用细菌纤维素膜制备镍离子检测器、标准比
色卡。具体步骤如下：
100.(3)制备镍离子检测器：将细菌纤维素膜浸入至步骤(1)得到的丁二酮肟碱性溶液中，在30℃恒温振荡2小时后洗涤，随后将洗涤至中性的细菌纤维素膜取出放在
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80℃冰箱中预冷冻2h后，置于冷冻干燥机中冻干24h，取出将其剪裁5
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8mm，得到细菌纤维素镍离子检测器。
101.其余过程与实施例1一致。
102.结果表明：细菌纤维素对镍离子的检测限为2mg/l，说明通过羧基化提高了其对镍离子的检测能力。
103.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。