试纸法快速检测环境水体中重金属镉

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郭玉香等： 试纸法快速检测环境水体中重金属镉
２００６年 ４ 月
的快速检测并取得了满意的结果。
０．５ ｍＬ， １．２０ ｍｏｌ·Ｌ－１ 碘 化 钾 溶 液 １．０ ｍＬ， ８．０ ｍｏｌ·Ｌ－１
１ 材料与试剂
硝酸溶液 ０．３ ｍＬ 和 ２％的邻菲啰啉 １．０ ｍＬ（ 掩蔽干扰 离子） ［９］， 摇匀。用微量取液器取待测液 ３０ μＬ 滴至反
聚苯乙烯微槽反应板： 天津有机玻璃制品厂生 应槽中的试纸片上， 室内自然光下放置反应 ３００ ｓ 后
产。试纸片裁切刀： 天津苍达文化用品公司生产。微量 与标准色板比较判断 Ｃｄ（Ⅱ）的浓度， 如果水样中有大
取液器： 北京青云航空仪表有限公司生产。ＴＨ２－ ８２ 型 量悬浮有机物， 则需要进行消解前处理： 量 取 ２５ ｍＬ
农业环境科学学报 ２００６，２５（２）：５４１－ ５４４ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｏ－Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ
试纸法快速检测环境水体中重金属镉
郭玉香 １， ２， 徐应明 ２， 孙有光 １， 赵秀杰 ２， ３， 林大松 ２， 戴晓华 ２
（ １． 天津理工大学生物与化学工程学院， 天 津 ３００１９１； ２． 农 业 部 环 境 保 护 科 研 监 测 所 ， 农 业 环 境 与 农 产 品 安 全 重 点 开 放 实 验 室， 天津 ３００１９１； ３． 天津城市建设学院市政与环境工程系， 天津 ３００３８４）
（ 若 水 样 稍 有 浑 浊 不 影 响 检 测 ， 加 入 酸 后 即 可 变 澄 度大于 ０．０１ ｍｏｌ·Ｌ－１ 时， 过量抗坏血酸也能与显色剂
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清） ， 依次加入新配制的 ０．０６ ｍｏｌ·Ｌ－１ 抗坏血酸溶液 争夺 Ｃｄ， 使测定结果偏低。实验最后选择抗坏血酸浓
第 ２５ 卷第 ２期
农业环境科
恒温振荡器： 金坛市新航仪器厂生产。
待测水样， 于 １５０ ｍＬ 锥形瓶中， 加入 １５～２０ ｍＬ 浓硝
硝酸（ 天津市化学试剂五厂提供） ： 配制浓度 ８．０ 酸与高氯酸（ ３＋１） 混合酸， 在电热板上加热 ２４０ ｍｉｎ，
和 ０．０５ ｍｏｌ·Ｌ－１。镉标准溶液： 称取 １．００ ｇ 镉（ 天津市 其间使其处于微沸状态， 其后放置冷却， 过滤定容到
Ｒａｐｉｄ－ ｄｅｔｅｒ ｍｉｎｉｎｇ Ｃａｄｍｉｕｍ ｉｎ Ａｑｕａｔｉｃ Ｅｎｖｉｒ ｏｎｍｅｎｔ ｂｙ Ｔｅｓｔ Ｐａｐｅｒ
ＧＵＯ Ｙｕ－ｘｉａｎｇ１，２， ＸＵ Ｙｉｎｇ－ｍｉｎｇ２， ＳＵＮ Ｙｏｕ－ｇｕａｎｇ１， ＺＨＡＯ Ｘｉｕ－ｊｉｅ２，３， ＬＩＮ Ｄａ－ｓｏｎｇ２， ＤＡＩ Ｘｉａｏ－ｈｕａ２ （ １． Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１９１， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｇｒｉ－ ｃｕｌｔｕｒａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｇｒｏ－ ｐｒｏｄｕｃｔ Ｓａｆｅｔｙ， Ａｇｒｏ－ Ｅｎｖｉｒｏｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＭＯＡ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１９１， Ｃｈｉｎａ； ３． Ｔｉａｎｊｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８４， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｃｅ Ｃｄ（Ⅱ） ｉｎ ａｑｕａｔｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｂｙ ｔｅｓｔ ｐａｐｅｒ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｒｅａｃ－ ｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ， ａｓｃｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ ａｎｄ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｉｏｄｉｄｅ ｗｅｒｅ ａｄｄｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ０．００５ ｍｏｌ·Ｌ－１ ａｎｄ ０．１５ ｍｏｌ·Ｌ－１ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐＨ ｗａｓ ａｄｊｕｓｔｅｄ ｔｏ ０．４￣１．０， ｔｈｅ ｂｌｕｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｄ（Ⅱ） ａｎｄ ｔｅｓｔ ｐａｐｅｒ． Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔ ｗａｓ ０．１ ｍｇ·Ｌ－１， ａｎｄ ｆｏｕｎｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｒａｎｇｅ ｗａｓ ０．１０￣５０ ｍｇ·Ｌ－１． Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｉｏｎｓ ｃａｎ ｂｅ ｓｃｒｅｅｎｅｄ ｗｉｔｈ ２％ ｏ－ Ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｓａｍｐｌｅｓ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｎｏｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｏｒｍ ｔｈｏｓｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ａｔｏｍｉｃ ａｂ－ ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ． Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｒａｃｅ Ｃｄ（Ⅱ） ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｓａｍｐｌｅｓ， Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ｔｅｓｔ ｐａｐｅｒ ； ｒａｐｉｄ－ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ； ｗａｔｅｒ ｓａｍｐｌｅ； ｃａｄｍｉｕｍ
２．１ 镉试纸片的制作
显黄色， 含镉显蓝色， 颜色深浅与镉浓度呈正相关。硝
取直径为 １１ ｃｍ 的中速定量滤纸， 置于 １００ ｍＬ 酸浓度太高， 空白底色会干扰镉显色的识别， 检测灵
显色剂溶液中， 在恒温振荡器上振荡 ８０ ｍｉｎ 后取出 敏度降低； 硝酸浓度太低， 空白变为蓝绿色， 色差区分
在阴凉干燥处晾干， 用裁切刀裁成 ８ ｍｍ ×６ ｍｍ 纸 度下降。由于溶液 ｐＨ 值精确控制存在较大困难， 试
０．０６ ｍｏｌ·Ｌ－１ 抗 坏 血 酸 溶 液 ０．５ ｍＬ， 新 配 制 的 １．２０ 了试纸反应的灵敏度和选择性。待测液中 ＫＩ 的浓度
ｍｏｌ·Ｌ－１ 碘 化 钾 溶 液 １．０ ｍＬ 和 ８．０ ｍｏｌ·Ｌ－１ 硝 酸 溶 液 大于 ０．１ ｍｏｌ·Ｌ－１ 即可保证反应完全， 大于 ０．２ ｍｏｌ·Ｌ－１，
收稿日期： ２００５－ ０６－ ２９ 基金项目： 国家“十五”科技攻关课题（ ２００２ＢＡ５１６Ａ０５） ； 天津市科技发
展计划项目（ ０４３１１４６１１） ； 天津市科技创新能力与环境建设 平台项目（ ０５ＳＹＳＹＪＣ０２５００） 作者简介： 郭玉香（ １９７５—） ， 女， 山东日照人， 在读硕士， 目前主要从事 重金属快速检测技术的研究。 联 系 人： 徐应明 Ｅ－ ｍａｉｌ： ｙｍｘｕ１９９９＠１２６．ｃｏｍ
片， 低温避光保存备用。
验最后选择待测液 ｐＨ 值为 ０．４￣１．０。
２．２ 重金属镉标准比色板的制作
３．２．２ ＫＩ 用量的影响
移取去离子水及 Ｃｄ （Ⅱ） 系列浓度标准液各 ５．０
与 Ｆ－ 、Ｃｌ－ 、Ｂｒ－ 相比， Ｃｄ（Ⅱ）与过量 Ｉ－ 形成的络阴离
ｍＬ， 于 １２ 个 ２５ ｍＬ 小 烧 杯 中 ， 依 次 加 入 新 配 制 的 子更为稳定， 易与显色剂形成蓝色三元络合物， 提高
０．３ ｍＬ， 摇匀， 将镉试纸片放置在聚 苯 乙 烯 微 槽 反 应 板的反应槽中固定， 用微量取液器依次取 Ｃｄ（Ⅱ）系列
过量 Ｉ－ 易被氧化成 Ｉ２ 在试纸上析出， 干扰显色。实验 最后选择 ＫＩ 浓度为 ０．１５ ｍｏｌ·Ｌ－１。
浓度混合待测液 ３０ μＬ 滴至反应槽中的纸片上， 室内 ３．２．３ 抗坏血酸用量的影响
摘 要： 通过试验， 探讨了试纸与 Ｃｄ（Ⅱ）的最佳反应条件， 提出了用镉试纸快速检测水体中痕量重金属 Ｃｄ（Ⅱ）的方法。结果表明， 在 水样中添加抗坏血酸和碘化钾使其浓度分别为 ０．００５ ｍｏｌ·Ｌ－１ 和 ０．１５ ｍｏｌ·Ｌ－１， 使用硝酸调节水样 ｐＨ 值为 ０．４￣１．０， Ｃｄ（Ⅱ） 与试纸 反 应生成蓝色络合物， 颜色深浅与水体中 Ｃｄ（Ⅱ）浓度成正比， 试纸最低检出限达 ０．１０ ｍｇ·Ｌ－１。该方法可用 于不同水体中痕量重金属 Ｃｄ（Ⅱ）的测定， 与原子吸收分光光度法测定比较， 结果满意。 关键词： 试纸； 快速检测； 水体； 镉 中图分类号： Ｘ８３２ 文献标识码： Ａ 文章编号： １６７２－ ２０４３（２００６）０２－ ０５４１－ ０４
光复精细化工研究所提供） ， 用 ０．０５ ｍｏｌ·Ｌ－１ 硝酸溶液 ２５ ｍＬ 比色管中， 使用适量 ８ ｍｏｌ·Ｌ－１ 的硝酸调节消解
２５ ｍＬ 溶解， 定容在 １ ０００ ｍＬ 容量瓶中， 浓度为 １ ０００ 后待测液的 ｐＨ 值为 ０．４５， 其他处理步骤同上。
ｍｇ·Ｌ－１， 用时逐级稀释成浓度为 ０．０５、０．１０、０．５０、１．００、
度为 ０．００５ ｍｏｌ·Ｌ－１。
３．２．４ 反应时间的影响
试验中使用 １．０ ｍｇ·Ｌ－１ Ｃｄ（Ⅱ）标准溶液测定了反
３ 结果与分析
２．００、３．００、５．００、７．００、１０．００、２５．００、５０．００ ｍｇ·Ｌ－１。显色
剂工作液： 称取 ０．００２ ｇ 显色剂（ 天津市化学试剂研究 ３．１ 试验原理
所提供） ， 用 ０．３％的乙醇水溶液溶解定容在 １００ ｍＬ
环境水样中的镉常以二价无机镉化合物状态存
容量瓶中（ 避光暗处保存） 。高氯酸： 天津市鑫源化学 在， 当控制水样 ｐＨ 为 ０．４５ 时， 在抗坏血酸存在的环
自然光下反应 ３００ ｓ 后用 ７００ 万像素数码相机照相，
抗坏血酸不参与 Ｃｄ（Ⅱ）的显色反应， 但在显色体
放大后制成标准比色板。
系中具有重要作用， 一定量的抗坏血酸既可保护 Ｉ－ 不
２．３ 水样中重金属镉检测程序
被氧化， 又可掩蔽 Ｆｅ（Ⅲ）、Ｚｎ（Ⅱ）等干扰离子， 浓度小
取 ５ ｍＬ 待 测 水 样 的 上 清 液 于 ２５ ｍＬ 小 烧 杯 中 于 ０．００１ ｍｏｌ·Ｌ－１ 时不能充分起到保护和掩蔽作用。浓
癌症研究机构将它定为 ３ 级致癌危险物质， 因此， 环 保、食品、医疗等行业对痕量镉的检测都极为重视。目 前， 对水体中镉分析常用的方法主要有原子吸收分光 光谱法、极谱法、镉电极法、传感器检测法等［２］， 但这些 方法均需复杂仪器或具有操作步骤复杂、选择性差等 缺点， 很难满足水环境保护与农产品安全生产中现场 对水体镉含量进行快速检测的需求。由于试纸法具有 检测灵敏、价格低廉、操作简单、使用和携带方便等特 点， 开始受到国内外学者的关注［３￣５］。本研究将具有特 效显色反应的生物染色剂通过浸渍附载到试纸上， 制 备成重金属镉快速检测试纸， 用于水环境样中 Ｃｄ（Ⅱ）
试剂厂提供。碘化钾（ 天津市化学试剂三厂提供） ： 配 境下， 用一定量的碘化钾可与水中的 Ｃｄ（Ⅱ）生成碘化
制浓度 １．２０ ｍｏｌ·Ｌ－１； 抗坏血酸（ 上海东联化学试剂开 镉络阴离子， 该络阴离子与附着在试纸上的显色剂反
发中心提供） ： 配制浓度 ０．０６ ｍｏｌ·Ｌ－１。邻菲啰啉（ 华北 应生成离子缔合物 ， ［６￣８］ 导致试纸发生颜色变化， 试纸
镉为水环境中最重要的重金属污染元素之一， 主 要 来 源 于 冶 金 、制 药 、矿 山 、电 镀 及 化 工 等 工 业 废 水 ， 镉 中 毒 一 般 称 为“痛 痛 病 ”（亦 称 骨 痛 病）［１］， 被 日 本 政 府称为第一号公害病。此外， 镉还导致肺水肿、高血 压、贫血、骨软化症和嗅觉减退甚至丧失等病症， 国际
地区特种试剂开发中心提供） ： 配制浓度 ２．０％（ 酒精 显色深浅与镉浓度呈正相关。
溶液） 。 所有试剂均为分析纯， 除去显色剂、邻菲啰 ３．２ 镉试纸测定条件
啉， 其余均由去离子水配制。
３．２．１ 酸度的影响
２ 试验方法
待测液的酸度对试纸的显色影响较大， 试验发 现， 待溶液 ｐＨ 值为 ０．４￣１．０ 时， 与试 纸 反 应 后 ， 空 白