趙聯(lián)朝，劉秋霞

水楊酸選擇性檢測試紙的制備與應(yīng)用

趙聯(lián)朝1，劉秋霞2

(1.洛陽理工學院環(huán)境工程與化學系，河南洛陽471023;2.洛陽師范學院河南省功能導(dǎo)向多孔材料重點實驗室，河南洛陽471934)

利用水楊酸、聚甲基丙烯酸甲酯與乙二胺化聚甲基丙烯酸甲酯的分子間作用力，制備了水楊酸選擇性檢測試紙。分析了聚甲基丙烯酸甲酯溶液質(zhì)量分數(shù)、吸附時間和pH值等對水楊酸選擇性檢測試紙檢測性能的影響。研究結(jié)果表明:應(yīng)用制備的試紙檢測水楊酸溶液，其線性值為50～2 200 μmol/L，檢測限為48 μmol/L。測定250 μmol/L水楊酸溶液時，6次測定的相對標準偏差為2.86%。

聚甲基丙烯酸甲酯;水楊酸;濾紙;檢測試紙

0 引言

水楊酸具有消毒、殺菌、抑制真菌生長等多種功能［1］，除作為外用藥及護膚品的主要成分外，還常用于水果和蔬菜的貯存與保鮮［2］。但是，水楊酸具有腐蝕性，能刺激食道、消化道的內(nèi)膜和黏膜，并與機體組織中的蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。長期接觸水楊酸有可能造成耳鳴、暈眩、倦怠、惡心和電解質(zhì)失調(diào)等癥狀［3－4］。因此，對水果及蔬菜等進行水楊酸濃度的檢測顯得極為重要。目前，已報道的水楊酸檢測方法有化學發(fā)光法［1］、熒光法［5］、伏安法［6－7］、液相色譜法［8］等，但這些方法存在檢測成本相對較高等不足。因此，建立選擇性好、檢測成本低、操作簡便的水楊酸檢測方法非常必要。

紙基微流控分析器件具有制作容易、檢測成本低、易于存儲和運輸、操作簡單等優(yōu)點。目前，基于紙基微流控分析裝置的應(yīng)用研究已涉及食品、空氣質(zhì)量、水質(zhì)及醫(yī)療保健等方面［9－11］。但是，將紙基微流控分析裝置應(yīng)用于水楊酸選擇性測定的研究還未見報道。

依據(jù)紙基微流控分析器件的設(shè)計理念，本文先將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)與乙二胺(EDA)反應(yīng)，制備成乙二胺化聚甲基丙烯酸甲酯(EDA-PMMA)。然后，利用EDA-PMMA與水楊酸分子之間的氫鍵等作用，以及EDA-PMMA與PMMA分子之間的相互作用，以濾紙為基質(zhì)制備了水楊酸選擇性檢測試紙。該水楊酸檢測方法抗干擾性強、檢測成本低、操作簡單。

1 試驗

1.1 儀器及試劑

V350型掃描儀(愛普生(中國)有限公司，上海);水楊酸(濟寧華凱樹脂有限公司);硝酸鐵(臨邑洛德化工商貿(mào)有限公司);丙酮(天津市申泰化學試劑有限公司);乙二胺(天津市申泰化學試劑有限公司);聚甲基丙烯酸甲酯樹脂(化學純，蘇州世紀盛唐塑化有限公司);過氯乙烯樹脂(質(zhì)量分數(shù)99.5%，廣州市東升商貿(mào)有限公司)。

水楊酸標準溶液配制:準確稱取0.138 0 g水楊酸，溶解，配制成10.0 mmol/L的水楊酸標準溶液100 mL。試驗中所用水楊酸溶液由此標準溶液稀釋而成。

硝酸鐵溶液配制:稱取0.835 2 g硝酸鐵(Fe(NO3)3·9H2O)溶于100 mL水中，配制成質(zhì)量分數(shù)為0.5%的硝酸鐵溶液。

試驗中所用試劑均為分析純，水為二次蒸餾水。

1.2 水楊酸選擇性檢測試紙制備

1.2.1 乙二胺化聚甲基丙烯酸甲酯制備

參照文獻［12］制備EDA-PMMA。將2.0 g PMMA加入到盛有50.0 mL丙酮并帶有攪拌器及冷凝管的三口燒瓶中，40℃攪拌溶解。然后，向溶液中逐滴加入30 mL乙二胺，反應(yīng)20 h。產(chǎn)物經(jīng)水洗除去丙酮等，60℃干燥24 h，制備成白色蓬松狀的EDA-PMMA。

1.2.2 水楊酸選擇性檢測試紙的制備

先將EDA-PMMA溶于丙酮，制成0.040 g/mL溶液，再將溶液涂覆于濾紙表面形成吸附層。濾紙背面用含質(zhì)量分數(shù)為10%過氯乙烯的1，2-二氯乙烷溶液浸漬處理，以使試紙在測定中可漂浮于液面，同時，避免試紙吸附層外部對試樣溶液產(chǎn)生吸附。濾紙吸附層用質(zhì)量分數(shù)為15%的乙醇溶液濕潤、水洗。然后，吸附層向下置于飽和水楊酸溶液液面。攪拌溶液，使水楊酸與吸附層充分反應(yīng)。吸附有水楊酸的濾紙吸附層用水沖洗、陰干后，以PMMA丙酮溶液進行處理。用2 mol/L鹽酸溶液脫去濾紙吸附層中水楊酸，吸附層分別經(jīng)質(zhì)量分數(shù)10%的氨水、水洗滌，陰干，切割濾紙成0.5 cm× 0.5 cm小塊，即制得水楊酸選擇性檢測試紙。水楊酸空白檢測試紙按照上述方法制備，但省去吸附及脫去水楊酸步驟。

EDA-PMMA分子中含有氨基等基團，當遇到水楊酸，它能夠通過氫鍵等作用與水楊酸分子結(jié)合在一起。該結(jié)合分子經(jīng)PMMA溶液處理時，由于PMMA與EDA-PMMA分子間作用而緊密結(jié)合在一起，水楊酸分子處于EDA-PMMA與PMMA分子中間，由此形成檢測試紙吸附層。EDA-PMMA、PMMA不溶于水及乙醇等溶劑，因此，檢測試紙吸附層脫去水楊酸后所形成的“空穴”，能夠抵御測定過程中由于水、乙醇等溶劑作用而引起的形變。適合的“空穴”尺寸及“空穴”內(nèi)游離態(tài)氨基等的存在，使試紙吸附層“空穴”可選擇性接受水楊酸分子［13］。

1.3 水楊酸測定

測定水楊酸溶液時，首先，將水楊酸檢測試紙吸附層分別用質(zhì)量分數(shù)為15%的乙醇溶液及水潤洗;接著，將檢測試紙吸附層向下置于水楊酸試樣溶液中(試紙漂浮于液面)。待測溶液中水楊酸分子遇到檢測試紙吸附層，將被吸附層中“空穴”捕獲而被吸附。完成吸附后，將試紙吸附層先用水沖洗，后用濾紙吸干，接著，加入Fe3+溶液。水楊酸與檢測試劑Fe3+發(fā)生顯色反應(yīng)呈紫色。用掃描儀掃描并記錄顯色結(jié)果，利用Adobe Photoshop軟件中的直方圖功能，將顯色反應(yīng)顏色變化轉(zhuǎn)換成平均像素密度?；谄骄袼孛芏扰c試樣溶液中水楊酸濃度之間所存在的線性關(guān)系獲得定量結(jié)果［13］。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚甲基丙烯酸甲酯溶液質(zhì)量分數(shù)的選擇

采用單因素試驗方法，用質(zhì)量分數(shù)分別為2%、4%、6%、8%和10%的PMMA丙酮溶液，制備一系列水楊酸檢測試紙。以250 μmol/L對羥基苯甲酸溶液為參比，對250 μmol/L水楊酸溶液進行測定，以考察PMMA溶液質(zhì)量分數(shù)對水楊酸選擇性檢測試紙檢測性能的影響，結(jié)果如表1所示(選擇性因子: S=DS/Dc，其中，DS和Dc分別為測定條件下，試紙測定的水楊酸與對羥基苯甲酸的分配比［14］)。

表1 PMMA溶液質(zhì)量分數(shù)對試紙選擇性的影響

從表1可以看出:開始階段選擇性因子S隨PMMA溶液質(zhì)量分數(shù)增加而增大。當PMMA溶液質(zhì)量分數(shù)超過4%時，隨PMMA溶液質(zhì)量分數(shù)增大，選擇性因子S逐漸變小?？赡茉蚴?開始階段，隨著PMMA溶液質(zhì)量分數(shù)增大，相對于對羥基苯甲酸，試紙吸附層內(nèi)形成的對水楊酸具選擇性吸附功能的位點數(shù)量逐漸增加，從而使檢測試紙對水楊酸吸附選擇性增加;但隨著PMMA溶液質(zhì)量分數(shù)繼續(xù)增大，吸附層中與EDA-PMMA結(jié)合的PMMA分子數(shù)目增多，吸附層中被EDA-PMMA和PMMA緊密包裹而不能在洗脫過程中除去的水楊酸分子數(shù)目增大，試紙吸附層內(nèi)形成的對水楊酸具選擇性吸附功能的位點數(shù)量減小，該過程中對羥基苯甲酸在吸附層的吸附變化較為平緩，故檢測試紙對水楊酸吸附選擇性降低。試驗選擇PMMA質(zhì)量分數(shù)4%的丙酮溶液制備水楊酸檢測試紙。

表2 吸附時間對水楊酸溶液測定的影響

2.2 吸附時間對水楊酸溶液測定的影響

采用單因素試驗方法，選取不同吸附時間，用制備的水楊酸檢測試紙對250 μmol/L水楊酸溶液進行測定，以考察吸附時間對水楊酸溶液測定的影響，結(jié)果如表2所示。表2表明:吸附時間大于5 min后，檢測信號基本保持穩(wěn)定，此時水楊酸分子在水楊酸檢測試紙上的吸附已達平衡。故試驗選擇水楊酸選擇性檢測試紙測定水楊酸溶液的吸附時間為5 min。

表3 pH對水楊酸溶液測定的影響

2.3 pH對水楊酸溶液測定的影響

采用上述選擇條件，考察水楊酸溶液pH(pH2～7)對水楊酸溶液測定的影響。試驗結(jié)果如表3所示。由表3可知:隨著水楊酸溶液pH增加，檢測信號逐漸增大，pH=5時，出現(xiàn)最大值，此后，隨水楊酸溶液pH增加，檢測信號迅速減小?？赡茉蚴?水楊酸溶液pH＜5時，酸性增強，吸附層中酰胺基或胺基與H+反應(yīng)導(dǎo)致吸附層對水楊酸吸附減弱;隨水楊酸溶液pH增大，溶液中OH－濃度依次增大，更多水楊酸分子由于與OH－發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化成路易斯堿而不能被吸附層所吸附，致使檢測信號減小。故試驗選擇水楊酸溶液pH為5。

2.4 水楊酸檢測試紙的重復(fù)性

用選定條件制成的水楊酸檢測試紙，測定250 μmol/L水楊酸標準溶液，以檢驗重復(fù)性。6次測定結(jié)果的平均像素密度為7.54，相對標準偏差(relative standard deviation，RSD)為2.86%。

將顯色后水楊酸檢測試紙的吸附層分別用2 mol/L鹽酸溶液、10%氨水和水沖洗處理，然后用于測定250 μmol/L水楊酸標準溶液，3次連續(xù)測定的像素密度平均值依次為:7.58，7.31，7.12，重復(fù)性較好。

2.5 線性范圍與檢測限

采用單因素試驗方法，用水楊酸檢測試紙對水楊酸的系列標準溶液進行測定。水楊酸測定標準曲線如圖1所示。圖1表明:在水楊酸濃度為50～2 200 μmol/L時，平均像素密度(y)與水楊酸濃度(x)呈線性關(guān)系。線性方程為y=0.018 8x－0.304，相關(guān)系數(shù)R2為0.999 6，檢測限為48 μmol/L。

圖1 水楊酸測定標準曲線

3 應(yīng)用

試樣1:移取復(fù)方苦參水楊酸散浸泡液濾液5 mL至200 mL容量瓶中稀釋至刻度。

試樣2:阿司匹林藥片(0.5 g，露置空氣中一周以上)溶解于水配制成200 mL溶液。

采用本文選擇的試驗條件，用水楊酸檢測試紙對試樣1和試樣2進行測定并做加標回收試驗。結(jié)果如表4所示。由表4可知:用本文制備的試紙測定試樣1與試樣2，其相對標準偏差分別為3.30%、2.90%;添加水楊酸標準溶液于試樣1、試樣2的回收試驗中，回收率分別為97.9%、96.2%，其相對標準偏差分別為3.82%、3.60%。由此可見，水楊酸選擇性檢測試紙可以用于水楊酸實際試樣測定。

表4 水楊酸試樣檢測結(jié)果(n=6)

4 結(jié)論

(1)將乙二胺與聚甲基丙烯酸甲酯反應(yīng)制得乙二胺化聚甲基丙烯酸甲酯，利用乙二胺化聚甲基丙烯酸甲酯與水楊酸分子、聚甲基丙烯酸甲酯之間相互作用，制備紙基水楊酸選擇性檢測試紙。

(2)該檢測試紙靈敏度高，檢測器件可重復(fù)使用。

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O656.2

A

1672－6871(2017)05－0101－04

10.15926/j.cnki.issn1672－6871.2017.05.021

國家自然科學基金項目(21476102)

趙聯(lián)朝(1962－)，男，河南洛陽人，副教授，博士，主要研究方向為現(xiàn)代光譜分析;劉秋霞(1964－)，女，河南洛陽人，高級講師.

2017－03－22