水杨酸选择性检测试纸的制备与应用

赵联朝，刘秋霞

水杨酸选择性检测试纸的制备与应用

赵联朝1，刘秋霞2

(1.洛阳理工学院环境工程与化学系，河南洛阳471023;2.洛阳师范学院河南省功能导向多孔材料重点实验室，河南洛阳471934)

利用水杨酸、聚甲基丙烯酸甲酯与乙二胺化聚甲基丙烯酸甲酯的分子间作用力，制备了水杨酸选择性检测试纸。分析了聚甲基丙烯酸甲酯溶液质量分数、吸附时间和pH值等对水杨酸选择性检测试纸检测性能的影响。研究结果表明:应用制备的试纸检测水杨酸溶液，其线性值为50～2 200 μmol/L，检测限为48 μmol/L。测定250 μmol/L水杨酸溶液时，6次测定的相对标准偏差为2.86%。

聚甲基丙烯酸甲酯;水杨酸;滤纸;检测试纸

0 引言

水杨酸具有消毒、杀菌、抑制真菌生长等多种功能［1］，除作为外用药及护肤品的主要成分外，还常用于水果和蔬菜的贮存与保鲜［2］。但是，水杨酸具有腐蚀性，能刺激食道、消化道的内膜和黏膜，并与机体组织中的蛋白质发生反应。长期接触水杨酸有可能造成耳鸣、晕眩、倦怠、恶心和电解质失调等症状［3－4］。因此，对水果及蔬菜等进行水杨酸浓度的检测显得极为重要。目前，已报道的水杨酸检测方法有化学发光法［1］、荧光法［5］、伏安法［6－7］、液相色谱法［8］等，但这些方法存在检测成本相对较高等不足。因此，建立选择性好、检测成本低、操作简便的水杨酸检测方法非常必要。

纸基微流控分析器件具有制作容易、检测成本低、易于存储和运输、操作简单等优点。目前，基于纸基微流控分析装置的应用研究已涉及食品、空气质量、水质及医疗保健等方面［9－11］。但是，将纸基微流控分析装置应用于水杨酸选择性测定的研究还未见报道。

依据纸基微流控分析器件的设计理念，本文先将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与乙二胺(EDA)反应，制备成乙二胺化聚甲基丙烯酸甲酯(EDA-PMMA)。然后，利用EDA-PMMA与水杨酸分子之间的氢键等作用，以及EDA-PMMA与PMMA分子之间的相互作用，以滤纸为基质制备了水杨酸选择性检测试纸。该水杨酸检测方法抗干扰性强、检测成本低、操作简单。

1 试验

1.1 仪器及试剂

V350型扫描仪(爱普生(中国)有限公司，上海);水杨酸(济宁华凯树脂有限公司);硝酸铁(临邑洛德化工商贸有限公司);丙酮(天津市申泰化学试剂有限公司);乙二胺(天津市申泰化学试剂有限公司);聚甲基丙烯酸甲酯树脂(化学纯，苏州世纪盛唐塑化有限公司);过氯乙烯树脂(质量分数99.5%，广州市东升商贸有限公司)。

水杨酸标准溶液配制:准确称取0.138 0 g水杨酸，溶解，配制成10.0 mmol/L的水杨酸标准溶液100 mL。试验中所用水杨酸溶液由此标准溶液稀释而成。

硝酸铁溶液配制:称取0.835 2 g硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)溶于100 mL水中，配制成质量分数为0.5%的硝酸铁溶液。

试验中所用试剂均为分析纯，水为二次蒸馏水。

1.2 水杨酸选择性检测试纸制备

1.2.1 乙二胺化聚甲基丙烯酸甲酯制备

参照文献［12］制备EDA-PMMA。将2.0 g PMMA加入到盛有50.0 mL丙酮并带有搅拌器及冷凝管的三口烧瓶中，40℃搅拌溶解。然后，向溶液中逐滴加入30 mL乙二胺，反应20 h。产物经水洗除去丙酮等，60℃干燥24 h，制备成白色蓬松状的EDA-PMMA。

1.2.2 水杨酸选择性检测试纸的制备

先将EDA-PMMA溶于丙酮，制成0.040 g/mL溶液，再将溶液涂覆于滤纸表面形成吸附层。滤纸背面用含质量分数为10%过氯乙烯的1，2-二氯乙烷溶液浸渍处理，以使试纸在测定中可漂浮于液面，同时，避免试纸吸附层外部对试样溶液产生吸附。滤纸吸附层用质量分数为15%的乙醇溶液湿润、水洗。然后，吸附层向下置于饱和水杨酸溶液液面。搅拌溶液，使水杨酸与吸附层充分反应。吸附有水杨酸的滤纸吸附层用水冲洗、阴干后，以PMMA丙酮溶液进行处理。用2 mol/L盐酸溶液脱去滤纸吸附层中水杨酸，吸附层分别经质量分数10%的氨水、水洗涤，阴干，切割滤纸成0.5 cm× 0.5 cm小块，即制得水杨酸选择性检测试纸。水杨酸空白检测试纸按照上述方法制备，但省去吸附及脱去水杨酸步骤。

EDA-PMMA分子中含有氨基等基团，当遇到水杨酸，它能够通过氢键等作用与水杨酸分子结合在一起。该结合分子经PMMA溶液处理时，由于PMMA与EDA-PMMA分子间作用而紧密结合在一起，水杨酸分子处于EDA-PMMA与PMMA分子中间，由此形成检测试纸吸附层。EDA-PMMA、PMMA不溶于水及乙醇等溶剂，因此，检测试纸吸附层脱去水杨酸后所形成的“空穴”，能够抵御测定过程中由于水、乙醇等溶剂作用而引起的形变。适合的“空穴”尺寸及“空穴”内游离态氨基等的存在，使试纸吸附层“空穴”可选择性接受水杨酸分子［13］。

1.3 水杨酸测定

测定水杨酸溶液时，首先，将水杨酸检测试纸吸附层分别用质量分数为15%的乙醇溶液及水润洗;接着，将检测试纸吸附层向下置于水杨酸试样溶液中(试纸漂浮于液面)。待测溶液中水杨酸分子遇到检测试纸吸附层，将被吸附层中“空穴”捕获而被吸附。完成吸附后，将试纸吸附层先用水冲洗，后用滤纸吸干，接着，加入Fe3+溶液。水杨酸与检测试剂Fe3+发生显色反应呈紫色。用扫描仪扫描并记录显色结果，利用Adobe Photoshop软件中的直方图功能，将显色反应颜色变化转换成平均像素密度。基于平均像素密度与试样溶液中水杨酸浓度之间所存在的线性关系获得定量结果［13］。

2 结果与讨论

2.1 聚甲基丙烯酸甲酯溶液质量分数的选择

采用单因素试验方法，用质量分数分别为2%、4%、6%、8%和10%的PMMA丙酮溶液，制备一系列水杨酸检测试纸。以250 μmol/L对羟基苯甲酸溶液为参比，对250 μmol/L水杨酸溶液进行测定，以考察PMMA溶液质量分数对水杨酸选择性检测试纸检测性能的影响，结果如表1所示(选择性因子: S=DS/Dc，其中，DS和Dc分别为测定条件下，试纸测定的水杨酸与对羟基苯甲酸的分配比［14］)。

表1 PMMA溶液质量分数对试纸选择性的影响

从表1可以看出:开始阶段选择性因子S随PMMA溶液质量分数增加而增大。当PMMA溶液质量分数超过4%时，随PMMA溶液质量分数增大，选择性因子S逐渐变小。可能原因是:开始阶段，随着PMMA溶液质量分数增大，相对于对羟基苯甲酸，试纸吸附层内形成的对水杨酸具选择性吸附功能的位点数量逐渐增加，从而使检测试纸对水杨酸吸附选择性增加;但随着PMMA溶液质量分数继续增大，吸附层中与EDA-PMMA结合的PMMA分子数目增多，吸附层中被EDA-PMMA和PMMA紧密包裹而不能在洗脱过程中除去的水杨酸分子数目增大，试纸吸附层内形成的对水杨酸具选择性吸附功能的位点数量减小，该过程中对羟基苯甲酸在吸附层的吸附变化较为平缓，故检测试纸对水杨酸吸附选择性降低。试验选择PMMA质量分数4%的丙酮溶液制备水杨酸检测试纸。

表2 吸附时间对水杨酸溶液测定的影响

2.2 吸附时间对水杨酸溶液测定的影响

采用单因素试验方法，选取不同吸附时间，用制备的水杨酸检测试纸对250 μmol/L水杨酸溶液进行测定，以考察吸附时间对水杨酸溶液测定的影响，结果如表2所示。表2表明:吸附时间大于5 min后，检测信号基本保持稳定，此时水杨酸分子在水杨酸检测试纸上的吸附已达平衡。故试验选择水杨酸选择性检测试纸测定水杨酸溶液的吸附时间为5 min。

表3 pH对水杨酸溶液测定的影响

2.3 pH对水杨酸溶液测定的影响

采用上述选择条件，考察水杨酸溶液pH(pH2～7)对水杨酸溶液测定的影响。试验结果如表3所示。由表3可知:随着水杨酸溶液pH增加，检测信号逐渐增大，pH=5时，出现最大值，此后，随水杨酸溶液pH增加，检测信号迅速减小。可能原因是:水杨酸溶液pH＜5时，酸性增强，吸附层中酰胺基或胺基与H+反应导致吸附层对水杨酸吸附减弱;随水杨酸溶液pH增大，溶液中OH－浓度依次增大，更多水杨酸分子由于与OH－发生反应转化成路易斯碱而不能被吸附层所吸附，致使检测信号减小。故试验选择水杨酸溶液pH为5。

2.4 水杨酸检测试纸的重复性

用选定条件制成的水杨酸检测试纸，测定250 μmol/L水杨酸标准溶液，以检验重复性。6次测定结果的平均像素密度为7.54，相对标准偏差(relative standard deviation，RSD)为2.86%。

将显色后水杨酸检测试纸的吸附层分别用2 mol/L盐酸溶液、10%氨水和水冲洗处理，然后用于测定250 μmol/L水杨酸标准溶液，3次连续测定的像素密度平均值依次为:7.58，7.31，7.12，重复性较好。

2.5 线性范围与检测限

采用单因素试验方法，用水杨酸检测试纸对水杨酸的系列标准溶液进行测定。水杨酸测定标准曲线如图1所示。图1表明:在水杨酸浓度为50～2 200 μmol/L时，平均像素密度(y)与水杨酸浓度(x)呈线性关系。线性方程为y=0.018 8x－0.304，相关系数R2为0.999 6，检测限为48 μmol/L。

图1 水杨酸测定标准曲线

3 应用

试样1:移取复方苦参水杨酸散浸泡液滤液5 mL至200 mL容量瓶中稀释至刻度。

试样2:阿司匹林药片(0.5 g，露置空气中一周以上)溶解于水配制成200 mL溶液。

采用本文选择的试验条件，用水杨酸检测试纸对试样1和试样2进行测定并做加标回收试验。结果如表4所示。由表4可知:用本文制备的试纸测定试样1与试样2，其相对标准偏差分别为3.30%、2.90%;添加水杨酸标准溶液于试样1、试样2的回收试验中，回收率分别为97.9%、96.2%，其相对标准偏差分别为3.82%、3.60%。由此可见，水杨酸选择性检测试纸可以用于水杨酸实际试样测定。

表4 水杨酸试样检测结果(n=6)

4 结论

(1)将乙二胺与聚甲基丙烯酸甲酯反应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与水杨酸分子、聚甲基丙烯酸甲酯之间相互作用，制备纸基水杨酸选择性检测试纸。

(2)该检测试纸灵敏度高，检测器件可重复使用。

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O656.2

A

1672－6871(2017)05－0101－04

10.15926/j.cnki.issn1672－6871.2017.05.021

国家自然科学基金项目(21476102)

赵联朝(1962－)，男，河南洛阳人，副教授，博士，主要研究方向为现代光谱分析;刘秋霞(1964－)，女，河南洛阳人，高级讲师.

2017－03－22