一种采用聚吡咯纳米纤维膜检测样品中碘的方法

摘要

本发明公开了一种基于聚吡咯纳米纤维膜高效分离富集以及检测样品中碘的方法，包括如下步骤：（1）聚吡咯纳米纤维膜的制备，（2）聚吡咯纳米纤维膜的活化，（3）聚吡咯纳米纤维膜的主动或被动吸附，（4）聚吡咯纳米纤维膜的清洗，（5）聚吡咯纳米纤维膜直接进行碘含量检测。本发明以聚吡咯纳米纤维膜为吸附剂，可高效、快速分离富集生物样品中的碘，从而达到去除干扰物、浓缩碘以及直接进行碘测定的作用，本发明具有操作方便，集分离、富集以及检测于一体等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及碘分离技术及检测领域，特别是涉及一种基于聚吡咯纳米纤维膜高效分离富集以及检测样品中碘的方法。

背景技术

碘是人体必需的微量元素,其缺乏会导致机体的多种损伤,近年来随着食盐加碘计划的实施,碘缺乏状况在世界范围内得到一定程度的改善,与此同时高碘所致的甲状腺损伤也逐渐引起人们重视。碘是人体必需的微量元素。人体一旦缺碘会导致脑损伤，不可逆的智力障碍，甲状腺肿，严重时还可能会导致呆小症等。而另一方面，过量摄入碘也同样会导致疾病。因此，对人体生物样本和膳食样品中的碘含量进行检测具有实际意义。由于生物检测样品中，微量碘含量低, 基本成分复杂, 对测定方法在灵敏度、准确度、抗干扰能力、稳定性等方面技术要求都较高。有些生物样品直接检测达不到理想的检测灵敏度和缺乏特异性，不能满足准确分析的需要。所以，源于人体生物样品和膳食样品的前处理复杂和检测方法灵敏度的限制，对人体生物样品和膳食样品中碘的检测往往难以满足基础研究的需要。在我们前期的研究中发现，某些具有特定吡咯功能基团的纳米纤维膜，用于碘样本的吸附效果明显。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于聚吡咯纳米纤维膜高效分离富集以及检测样品中碘的方法，能够对膳食样品和生物样本中的碘集分离、富集及检测于一体。本发明利用聚吡咯纳米纤维膜对碘的吸附特性，来分离、富集样品中的碘，以及无需洗脱可以直接将吸附清洗后的聚吡咯纳米纤维膜进行碘的测定，从而集分离、富集以及检测于一体。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种采用聚吡咯纳米纤维膜检测样品中碘的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）聚吡咯纳米纤维膜的活化：将聚吡咯纳米纤维膜置于溶液中浸润并冲洗，使其活化；

（2）聚吡咯纳米纤维膜的吸附：将活化后的聚吡咯纳米纤维膜浸泡于混合溶液中吸附,吸附的时间约为5-30min；或使混合溶液流过聚吡咯纳米纤维膜，过膜吸附的时间约为5min；所述的混合溶液指的是：膳食样品消解液或生物样品及其处理液；所述的混合溶液: 聚吡咯纳米纤维膜的重量份数比为50:1-2；

（3）聚吡咯纳米纤维膜的清洗：利用步骤（1）所述的溶液处理已吸附碘的聚吡咯纳米纤维膜；

（4）将步骤（3）中得到的吸附碘聚吡咯纳米纤维膜直接进行碘含量检测。

本发明步骤（2）中所述的聚吡咯纳米纤维膜的吸附包括：主动吸附或被动吸附。

主动吸附指的是将活化后的聚吡咯纳米纤维膜浸泡于混合溶液中进行吸附,吸附的时间约为30min；

被动吸收指的是采用玻璃注射器吸取一定量的混合溶液（2mL），将注射器与纤维膜装置紧密连接，用注射器将液体压入装置，使混合溶液缓慢逐滴流过聚吡咯纳米纤维膜，过膜吸附的时间约为5min。

本发明所述聚吡咯纳米纤维膜的清洗指的是；溶液浸泡、冲洗或者流过已吸附碘的聚吡咯纳米纤维膜。

本发明步骤（1）和步骤（3）中所述溶液为水、甲醇、乙醇、硝酸、盐酸、硫酸、氢氧化钠和乙酸乙酯溶液中的至少一种，优选50%乙醇，再优选70%乙醇。

本发明步骤（4）中，聚吡咯纳米纤维膜直接进行碘含量检测的方法，其具体的方法如下：

（1）将清洗后的纤维膜放入10ml的试管中，依次加入2mL水和1.5mL亚砷酸溶液，混匀，25℃恒温水浴箱中温浴15分钟；

（2）准确加入0.5mL硫酸铈铵溶液，温浴反应15分钟时；

（3）于405nm波长处，用1cm比色杯，以水作参比，测定吸光度值。

本发明所述模板材料为：聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚萘二甲酸乙二酯、聚苯胺、聚酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚醋酸乙烯及其衍生物中的至少一种,优选聚酰胺。

本发明的步骤（2）和步骤（4）中，所述溶液为水、甲醇、乙醇、硝酸、盐酸、硫酸、氢氧化钠和乙酸乙酯溶液中的至少一种， 

本发明所述膳食样品消解液为谷类、蔬菜、水果、禽肉在120～180℃下的微波消解液（为常规方法）； 

生物样品及其处理液为头发、指甲、血液、唾液或尿液在120～180℃下的微波消解溶液（为常规方法）。

本发明重点解决了膳食样品消解液以及生物样品及其处理液中碘的分离富集以及检测问题。

本发明的分离体现在两种吸附方式中吸附碘后的纤维膜都可以方便的与基质溶液分离，主动吸附中的纤维膜可以从混合溶液中直接取出，而被动吸附的纤维膜在吸附完成后已经与混合溶液分离；当吸附碘后的纤维膜与基质混合溶液分离后，混合溶液中大部分的干扰物质就能够与碘分离。

富集体现在聚吡咯纳米纤维膜对碘的吸附效率高，可达100%吸附；在吸附容量限度内，混合溶液中的碘都能被纤维膜高效吸附富集。

本发明更加详细的描述如下：

基于聚吡咯纳米纤维膜高效分离富集以及检测样品中碘的方法：

（1）聚吡咯纳米纤维膜的制备：将模板材料溶解在溶剂中，形成静电纺丝溶液，利用静电纺丝技术将所述溶液纺制成模板纳米纤维膜，将模板纳米纤维膜剪成大小适中置于器皿中，加入清洗溶液浸泡，冲洗干净。然后加入适量吡咯单体溶液和氧化剂FeCl₃溶液，室温下通过化学聚合形成聚吡咯（PPy）并沉积附着于模板纳米纤维膜上，形成聚吡咯纳米纤维膜。冲洗干净后放入干燥箱干燥；所述模板材料为聚氧乙烯、聚苯胺、聚酰胺或聚苯乙烯。所述吡咯单体与所述氧化剂FeCl₃溶液的摩尔质量比为1:2。

（2）聚吡咯纳米纤维膜的活化：将步骤（1）中制备的聚吡咯纳米纤维膜置于溶液中浸润并冲洗，使其活化；所述溶液为水、甲醇、乙醇、硝酸、盐酸、硫酸、氢氧化钠和乙酸乙酯溶液中的至少一种，优选乙醇。

（3）聚吡咯纳米纤维膜的主动或被动吸附：将步骤（2）中活化后的聚吡咯纳米纤维膜浸泡于膳食样品消解液、生物样品及其处理液中，或使膳食样品消解液、生物样品及其处理液流过聚聚吡咯纳米纤维膜；所述生物样品及其处理液为头发、指甲、血液、唾液或尿液在120～180℃下的微波消解溶液；膳食样品为谷类、蔬菜、水果、禽肉等在120～180℃下的微波消解溶液。

（4）聚吡咯纳米纤维膜的清洗：利用步骤（2）中所述的溶液浸泡、冲洗或者流过步骤（3）中已吸附碘的聚吡咯纳米纤维膜；所述溶液为水、甲醇、乙醇、硝酸、盐酸、硫酸、氢氧化钠和乙酸乙酯溶液中的至少一种。

（5）将步骤（4）中得到的聚吡咯纳米纤维膜直接进行碘含量检测。也就是采用砷铈催化分光光度法进行碘含量检测，将清洗后的纤维膜放入10ml的试管中，依次加入2mL水和1.5mL亚砷酸溶液，混匀，25℃恒温水浴箱中温浴15分钟，准确加入0.5mL硫酸铈铵溶液。反应15分钟时，于405nm波长处，用1cm比色杯，以水作参比，测定吸光度值。

本发明公开的高效分离富集及检测样品中碘的方法与现有技术相比所具有的积极效果在于：

（1）本发明以聚吡咯纳米纤维膜为吸附剂，可高效、快速分离富集生物样品中的碘，从而达到去除干扰物、浓缩碘以及直接进行碘测定的作用。

（2）本发明具有操作方便，集分离、富集以及检测于一体等优点。

附图说明：

图1为模板纳米纤维膜的SEM图；

图2为聚吡咯纳米纤维膜的SEM图。

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。其中用到的聚吡咯纳米纤维膜有市售（也可以参考实施例1的方法制备），其他所用到的试剂均有市售。

实施例1

取1g聚酰胺，置于50mL容量瓶中，加入10mL甲酸，搅拌至溶解。将上述溶液用静电纺丝法制备成聚酰胺纳米纤维膜模板（详细的静电纺丝法制备方法参见Qian Xu, et al. Microchim Acta (2010) 168:267–275）。

将模板聚酰胺纳米纤维膜剪成大小适中置于器皿中，加入50％乙醇浸泡，冲洗干净。然后加入适量吡咯单体溶液和氧化剂FeCl₃溶液（摩尔质量比为1:2），室温下通过化学聚合形成聚吡咯（PPy）并沉积附着于模板纳米纤维膜上，形成聚吡咯纳米纤维膜。采用扫描电镜进行形貌观察，如图1和2所示，模板纤维的直径约为300nm，而吡咯主要在模板纤维的表面进行原位聚合形成聚吡咯，有明显的聚吡咯簇。

实施例2

基于聚吡咯纳米纤维膜高效分离富集以及检测样品中碘的方法：

（1）聚吡咯纳米纤维膜的制备：将模板材料（聚苯乙烯）溶解在溶剂（四氢呋喃）中，形成静电纺丝溶液，利用静电纺丝技术将所述溶液纺制成模板纳米纤维膜，将模板纳米纤维膜剪成大小适中置于器皿中，加入清洗溶液浸泡，冲洗干净。然后加入适量吡咯单体溶液和氧化剂FeCl₃溶液，室温下通过化学聚合形成聚吡咯（PPy）并沉积附着于模板纳米纤维膜上，形成聚吡咯纳米纤维膜。冲洗干净后放入干燥箱干燥；所述吡咯单体与所述氧化剂FeCl₃溶液的摩尔质量比为1:2。

（2）聚吡咯纳米纤维膜的活化：将步骤（1）中制备的聚吡咯纳米纤维膜置于75%乙醇溶液中浸润并冲洗，使其活化。

（3）聚吡咯纳米纤维膜的主动吸附：将步骤（2）中活化后的聚吡咯纳米纤维膜浸泡于谷类样品（大豆）消解液中（在120℃下的微波消解溶液），消解液：聚吡咯纳米纤维膜的重量份数比为50:1；

（4）聚吡咯纳米纤维膜的清洗：利用步骤（2）中所述的乙醇溶液浸泡、冲洗或者流过步骤（3）中已吸附碘的聚吡咯纳米纤维膜；

（5）将步骤（4）中得到的聚吡咯纳米纤维膜采用砷铈催化分光光度法直接进行碘含量检测，结果加标回收率约为86%。

实施例3

采用聚吡咯纳米纤维膜检测样品中碘的方法：

（1）聚吡咯纳米纤维膜的活化：将聚吡咯纳米纤维膜置于溶液中浸润并冲洗，使其活化；

（2）聚吡咯纳米纤维膜的吸附：将活化后的聚吡咯纳米纤维膜浸泡于混合溶液中吸附,吸附的时间为30min；所述的混合溶液指的是：膳食样品消解液（大米）；所述的混合溶液: 聚吡咯纳米纤维膜的重量份数比为50:1；所述的聚吡咯纳米纤维膜的吸附包括：主动吸附或被动吸附。

（3）聚吡咯纳米纤维膜的清洗：利用步骤（1）所述的溶液（50%乙醇）。处理已吸附碘的聚吡咯纳米纤维膜；所述聚吡咯纳米纤维膜的清洗指的是；溶液浸泡、冲洗或者流过已吸附碘的聚吡咯纳米纤维膜。

（4）将步骤（3）中得到的吸附碘聚吡咯纳米纤维膜直接进行碘含量检测。

实施例4

采用聚吡咯纳米纤维膜检测样品中碘的方法：

（1）聚吡咯纳米纤维膜的活化：将聚吡咯纳米纤维膜置于溶液中浸润并冲洗，使其活化；

（2）聚吡咯纳米纤维膜的吸附：将活化后的聚吡咯纳米纤维膜浸泡于混合溶液中吸附,吸附的时间为30min；所述的混合溶液指的是：头发在160℃下的微波消解溶液；所述的混合溶液: 聚吡咯纳米纤维膜的重量份数比为50：2；所述的聚吡咯纳米纤维膜的吸附包括：主动吸附或被动吸附。

（3）聚吡咯纳米纤维膜的清洗：利用步骤（1）所述的溶液（75%乙醇）。处理已吸附碘的聚吡咯纳米纤维膜；所述聚吡咯纳米纤维膜的清洗指的是；溶液浸泡、冲洗或者流过已吸附碘的聚吡咯纳米纤维膜。

（4）将步骤（3）中得到的吸附碘聚吡咯纳米纤维膜直接进行碘含量检测。

实施例5

对比试验

聚苯乙烯纳米纤维目前在样品前处理领域中使用最广，对许多化学物质都有较好的吸附性能。在碘的吸附试验中发现，这种常规的纳米纤维膜韧性弱，操作中容易破碎，对碘的吸附效率也很低，几乎不吸附。而采用聚苯乙烯纳米纤维膜为模板，原位化学聚合得到的聚吡咯纳米纤维膜的韧性大大增强，实验操作中不会破损，而且对碘的吸附效率较高，几乎100%吸附。两者相比，聚吡咯纳米纤维膜对于碘的吸附在材料稳定性、吸附效率等方面占据很大优势。

实施例6

检测实例

取1g聚酰胺，置于50mL容量瓶中，加入10mL甲酸，搅拌至溶解。将上述溶液用静电纺丝法制备成聚酰胺纳米纤维膜模板（具体见参考文献Qian Xu, et al. Microchim Acta (2010) 168:267–275，Tian Tian, et al. Analyst , 2012, 137 , 1846）。

将模板聚酰胺纳米纤维膜剪成大小适中置于器皿中，加入50％乙醇浸泡，冲洗干净。然后加入适量吡咯单体溶液和氧化剂FeCl₃溶液（摩尔质量比为1:2），室温下通过化学聚合形成聚吡咯（PPy）并沉积附着于模板纳米纤维膜上，形成聚吡咯纳米纤维膜。采用扫描电镜进行形貌观察，如图1和2所示，模板纤维的直径约为300nm，而吡咯主要在模板纤维的表面进行原位聚合形成聚吡咯，有明显的聚吡咯簇。

精确称取0.5g大米样品，放入聚四氟乙烯消化罐中，加入2ml HNO₃和2ml H₂O₂进行微波消解。微波消解的功率为800W。3档温度和时间分别为120℃5min、160℃10min 和180℃5min。将样品消化液赶酸后，用双蒸水定容至5ml，待测。

取10mg制备好的聚酰胺聚吡咯纳米纤维膜，用2mL（50%）乙醇活化，5mL水冲洗后放入上述样品溶液中，振荡30分钟，取出用5mL水清洗，取出膜放入试管中采用砷铈催化分光光度测定方法进行检测。具体方法如下：

放膜的试管中加入2mL水和1.5mL亚砷酸溶液（0.054mol/L），混匀，25℃恒温水浴箱中温浴15分钟，准确加入0.5mL硫酸铈铵溶液（0.015mol/L）。反应15分钟时，于405nm波长处，用1cm比色杯，以水作参比，测定吸光度值。聚酰胺聚吡咯纳米纤维膜对碘的吸附率近100%，如表1所示，纤维膜直接参与砷铈催化分光光度测定计算出的反应效率为84%左右。

           表1 聚吡咯纤维膜吸附测定结果

膜吸附碘量（ng）020406080膜直接检测碘量（ng）016.833.851.367.8膜吸附碘的反应率（%）083.884.485.584.7

结论：

（1）聚吡咯纳米纤维膜对碘的吸附效率较高，可达100%吸附。

（2）吸附在聚吡咯纳米纤维膜上的碘可以不用溶剂洗脱，直接采用砷铈催化分光光度法进行碘含量检测，省略洗脱步骤。

（3）吸附在聚吡咯纳米纤维膜上的碘有84%左右可以参与砷铈催化反应，反应效率较高。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。