[发明专利]一种显色检测重金属化学传感器的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种显色检测重金属化学传感器的制备方法，及其在检测水体中重金属 方面的应用，属于废水检测技术领域。

背景技术

水体中重金属污染物通常来源于电镀、金属加工、纺织、铅冶炼、蓄电池、采矿、 陶瓷和玻璃制造等工业活动。随着全球工业活动迅速增加，水体中重金属离子的污染程 度也日益严重，重金属离子因其难降解，毒性大，易被生物富集并有生物放大效应等特 点，对环境和人类健康都造成了极大的威胁。特别是近些年来，突发性的重金属水体污 染事件频有发生，因此，快速检测水中重金属离子一直是人们关注与研究的焦点。

常规检测重金属离子的方法有很多，例如：原子吸收光谱法，阳极溶出伏安法，等 离子体电感耦合法，分光光度法等。然而这些方法大多都有其弊端，如样品需要预处理， 检测价格昂贵，检测条件较为复杂，耗费时间太长等。所以急需一种能快速的，原位的， 甚至是肉眼可读的重金属离子检测方法，以便能及时了解水域的污染状态，迅速采取相 应的防治措施。

根据重金属与发色团反应产生光学特性，一些荧光显色的甚至是可见显色的检测重 金属材料受到越来越多的关注。当功能基团与重金属离子配位螯合，可以吸收某种特定 波长的光波，从而可以肉眼观测到颜色的变化。发色团产生的光谱波段不同，会导致产 生不同的颜色变化。利用这个原理，我们可以简便测定水体中重金属离子的有无以及他 们的大致含量。

聚乙烯醇(PVA)是白色粉末状、片状或絮状的固体，其无毒无味，应用广泛，来 源充足，安全无污染，价格低廉，物化性能稳定。利用聚乙烯醇制备出来的微球具有规 则球形形状和较大的比表面积，并且微球表面有丰富的羟基，能够提供足够的位点供官 能基团固定。本发明通过化学反应在聚乙烯醇微球上修饰发色团合成了显色检测重金属 化学传感器，用来简便快速地检测水体中的汞离子和铜离子。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种显色检测重金属化学传感 器的制备方法及其在检测水体中重金属方面的应用，这种显色功能化检测方法操作简单， 成功率高，原料经济易得，可以实现批量生产。制备出来的化学传感器含有大量的发色 团，可以与水中的重金属离子发生螯合反应，呈现出来一定的颜色变化，能够用来检测 水中的重金属离子。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种显色检测重金属化学传感器的制备方法，先利用环氧氯丙烷对聚乙烯醇微球进 行改性得到氯化聚乙烯醇微球，然后通过化学反应把发色团连接到氯化聚乙烯醇微球上 完成显色改性，具体包括以下步骤：

步骤(1)先将环氧氯丙烷溶于水中制成环氧氯丙烷水溶液，用盐酸调节pH为酸性； 再将聚乙烯醇微球加入到环氧氯丙烷水溶液中，水浴加热并搅拌，得到氯化聚乙烯醇微 球，冷却分离、干燥后备用；

步骤(2)把溶于乙腈的4-硝基苯肼、异硫氰酸苯酯和亚硫酸氢钠混合均匀，搅拌 并水浴加热，制得硫脲衍生物；所得硫脲衍生物与氯化聚乙烯醇微球、四丁基溴化铵和 乙醇与水的混合物混合均匀，水浴加热并搅拌下反应一段时间后，用乙醇清洗干燥，得 到显色检测重金属化学传感器。

所述聚乙烯醇微球的制备方法为反相悬浮交联法。(参见：中国发明专利，申请号: 201210176608.0，固定化漆酶微球载体及其制备方法及应用)。将聚乙烯醇和水混合均 匀，于沸水浴中加热搅拌溶解，冷却至30-80℃后再加入液体石蜡，室温下搅拌后再加 入酸性溶液和戊二醛的水溶液搅拌离心分离后得到所述的聚乙烯醇微球。

该化学传感器能够灵敏地选择性检测水体中的汞离子和铜离子。

作为优选方案，步骤(1)中，环氧氯丙烷和水的比例为4-12mL：50-140mL。

作为优选方案，步骤(1)中，环氧氯丙烷的水溶液用盐酸调节pH为3-5。

作为优选方案，步骤(1)中，聚乙烯醇微球和环氧氯丙烷水溶液的比例为1-2g： 50-100mL。

作为优选方案，步骤(1)中，水浴温度为60-90℃，水浴加热反应时间为1-3h；搅 拌转速为100-1000rpm。

作为优选方案，步骤(2)硫脲衍生物合成过程中，4-硝基苯肼、乙腈、异硫氰酸 苯酯和亚硫酸氢钠的比例为1-4g：30-120mL：1-4mL：1-3g。水浴温度为30-80℃；水 浴加热反应时间为6-11h；搅拌转速为100-1000rpm。