一种比色法检测水体中二羟基苯的方法

1.本发明属于化学分析技术领域，尤其涉及一种比色法检测水体中二羟基苯的方法。


背景技术：

2.对苯二酚，邻苯二酚，间苯二酚是二羟基苯的同分异构体，同属于酚类物质，它们是一烷基醚和二烷基醚生产的重要中间体，用作照相显影剂、油漆稳定剂和优良的脱色剂。然而，酚类具有高毒性和低降解的特点，进入生态系统中会影响人体和动植物健康，是水环境中的主要污染物。因此，开发一种稳定性好，灵敏度高，超便捷的二羟基苯分析方法对于分析化学和有机化学都尤为重要。
3.目前检测这三种同分异构体的方法有高效液相色谱法、化学发光法以及电化学法，但是这些方法由于操作条件较为复杂、成本过高、灵敏度低等缺点，限制了这类方法的推广普及。cn103901087b公开了一种电化学法检测邻苯二酚和对苯二酚的方法，利用修饰电极包括基底电极和附着在基底电极上的邻苯二甲酸乙二醇二丙烯酸酯-羧基化的多壁纳米管-石墨烯检测邻苯二酚和对苯二酚的方法。其中修饰电极的制备步骤复杂，操作要求较高，面临检测耗时长、操作条件复杂、成本高，特异性差等问题，难以在实际中到广泛应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种比色法检测水体中二羟基苯的方法，本发明中的方法显色稳定，特异性强，检测条件简单且温和，无需光和电的辅助，成本低，具有更加明显的市场应用优势。
5.本发明提供一种比色法检测水体中二羟基苯的方法，包括以下步骤：
6.a)将多孔氧化铈与锰盐在水中混合，在超声和/或搅拌的条件下对mn
2+
进行负载，得到负载有mn
2+
的氧化铈；
7.b)将所述负载有mn
2+
的氧化铈分散在有机溶剂中，涂布至试纸表面，干燥后得到检测试纸；
8.c)配制多个不同浓度的二羟基苯标准溶液，然后将显色底物分子分别与所述不同浓度的二羟基苯标准溶液混合，滴加至所述步骤b)得到的检测试纸表面，根据所显示的颜色色度值建立颜色色度值与二羟基苯溶液浓度的标准曲线；
9.d)将显色底物分子与待检测水体样品混合，滴加至所述检测试纸表面，根据试纸所呈现的颜色色度值获知待检测水体中二羟基苯的浓度。
10.优选的，所述二羟基苯为邻苯二酚、间苯二酚或对苯二酚。
11.优选的，所述多孔氧化铈的孔径为3～20nm；孔隙率为40～70％。
12.优选的，所述多孔氧化铈的形貌为立方体、片状、菱面体、十二面体、八面体和截面八面体中的一种或几种。
13.优选的，所述锰盐为硫酸锰、氯化锰、硝酸锰和高锰酸钾中的一种或几种；
14.所述多孔氧化铈与锰盐的质量比为(10～55):(1～5)。
15.优选的，所述步骤a)中负载的时间为40～90min。
16.优选的，将所述步骤a)中的产物与促进剂混合，进行反应，反应结束后离心、干燥，得到负载有mn
2+
的氧化铈；
17.所述促进剂为壳聚糖，环糊精，葡萄糖，三乙醇胺，乙二胺，聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种；
18.所述促进剂与多孔氧化铈的质量比为(0.1～1.5):(10～55)。
19.优选的，所述步骤a)中的产物与促进剂的反应时间为1～4小时。
20.优选的，所述显色底物分子包括3,3',5,5'-四甲基联苯胺、2,2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸或邻苯二胺；
21.所述显色底物分子在待检测水体样品中的浓度为0.1～10mmol/l。
22.优选的，所述显色底物分子与待检测水体样品混合1～2min后，进行离心，取带有颜色的上清液滴加至所述检测试纸表面。
23.本发明提供了一种比色法检测水体中二羟基苯的方法，包括以下步骤：a)将多孔氧化铈与锰盐在水中混合，在超声和/或搅拌的条件下对mn
2+
进行负载，得到负载有mn
2+
的氧化铈；b)将所述负载有mn
2+
的氧化铈分散在有机溶剂中，涂布至试纸表面，干燥后得到检测试纸；c)配制多个不同浓度的二羟基苯标准溶液，然后将显色底物分子分别与所述不同浓度的二羟基苯标准溶液混合，滴加至所述步骤b)得到的检测试纸表面，根据所显示的颜色色度值建立颜色色度值与二羟基苯溶液浓度的标准曲线；d)将显色底物分子与待检测水体样品混合，滴加至所述检测试纸表面，根据试纸所呈现的颜色色度值获知待检测水体中二羟基苯的浓度。该方法通过不同形貌的ceo2搭载高活性mn元素，进一步地，添加促进剂对mn元素进行配位包封，同时提高颗粒的亲水性，增强颗粒对信号分子的吸附作用，不仅提高了检测的准确性，而且提高了使用寿命。本发明中的检测方法具备高稳定性、高效性、低成本，特异性强等优势，并且检测条件温和，节省时间与经济成本，具有极好的工业应用前景。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例1中所使用的“蝉蛹”结构的ceo2的tem图；
26.图2为本发明实施例3中所使用的“立方”结构的ceo2的tem图；
27.图3为实施例1中各苯二酚与rgb值的标准曲线。
具体实施方式
28.本发明提供了一种比色法检测水体中二羟基苯的方法，包括以下步骤：
29.a)将多孔氧化铈与锰盐在水中混合，在超声和/或搅拌的条件下对mn
2+
进行负载，得到负载有mn
2+
的氧化铈；
30.b)将所述负载有mn
2+
的氧化铈分散在有机溶剂中，涂布至试纸表面，干燥后得到检
测试纸；
31.c)配制多个不同浓度的二羟基苯标准溶液，然后将显色底物分子分别与所述不同浓度的二羟基苯标准溶液混合，滴加至所述步骤b)得到的检测试纸表面，根据所显示的颜色色度值建立颜色色度值与二羟基苯溶液浓度的标准曲线；
32.d)将显色底物分子与待检测水体样品混合，滴加至所述检测试纸表面，根据试纸所呈现的颜色色度值获知待检测水体中二羟基苯的浓度。
33.在本发明中，所述多孔氧化铈的孔径优选为3～20nm，更优选为5～15nm，最优选为5～10nm；孔隙率优选为40～70％，更优选为50～60％，最优选为65％；所述多孔氧化铈的形貌优选为立方体、片状、菱面体、十二面体、八面体和截面八面体中的一种或几种。
34.所述锰盐优选为硫酸锰(mnso4·
4h2o)、氯化锰(mncl2)、硝酸锰(mn(no3)2)和高锰酸钾(kmno4)中的一种或几种，更优选为硫酸锰，所述多孔氧化铈与锰盐的质量比优选为(10～55)：(1～5)，更优选为(10～55)：5，如10：5、15：5、20：5、25：5、30：5、35：5、40：5、45：5、50：5、55：5，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。
35.在本发明中，所述多孔氧化铈与水的固液比优选为(0.001～0.15)g：(10～50)ml，更优选为(0.01～0.1)g：(20～50)ml。
36.将多孔氧化铈与锰盐混合之后，本发明优选对其超声使其分散，然后搅拌50～90min，使锰盐中的锰离子负载在氧化铈的孔道及表面上。
37.本发明中氧化铈具有孔道结构，更利于锰离子的负载，而且作为“纳米反应器”，更有利于催化氧化显色底物分子进行显色。
38.为了增强氧化铈材料与显色底物分子之间的相互作用，以及减缓mn元素在实际测试过程中的流失，本发明优选使用促进剂对mn元素进行配位包封，同时提高多孔氧化铈材料的亲水性，增强其对显色底物分子的吸附作用。
39.本发明优选将负载mn
2+
后的体系中加入促进剂，进行反应，反应完毕后离心，弃上清液，沉淀物洗涤后进行干燥，得到检测材料。
40.在本发明中，所述促进剂为壳聚糖，环糊精，葡萄糖，三乙醇胺，乙二胺，聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种；所述促进剂与多孔氧化铈的质量比优选为(0.1～1.5):(10～55)，更优选为(0.5～1.0)：(20～50)，如0.5:10、0.5:15、0.5:20、0.5:25、0.5:30、0.5:35、0.5:40、0.5:45、0.5:50、0.5:55，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。
41.在本发明中，与所述促进剂的反应的时间优选为1～4小时，更优选为2～3小时；所述干燥优选为真空干燥，所述真空干燥的温度优选为50～80℃，更优选为60～70℃；所述真空干燥的时间优选为1～5小时，更优选为2～4小时，最优选为3小时。
42.得到检测材料之后，本发明将所述检测材料分散于有机溶剂中，优选以喷涂的方法将得到的悬浮液喷涂纸垂直放置的试纸上，室温条件下干燥，得到检测试纸。
43.在本发明中，所述有机溶剂优选为丙酮和/或乙醇，所述检测材料的质量与有机溶剂的体积之比优选为(1～10)mg：1ml，更优选为(2～8)mg：1ml，最优选为(5～6)mg：1ml。
44.得到检测试纸后，本发明利用上述检测试纸建立标准曲线，所述标准曲线为显色底物所呈现的颜色色度值与某一种二羟基苯的浓度的线性关系。
45.本发明优选先配制若干个设定浓度值的二羟基苯的标准溶液，基于不同种类的二羟基苯，如邻苯二酚、间苯二酚和对苯二酚，应分别配制其标准溶液，建立不同种类的二羟
基苯各自的标准曲线。
46.然后将相同质量的、相同成分的显色底物分子加入标准溶液中，滴加至检测试纸上，多余的水透过试纸，显色底物分子则留在试纸上并进一步被检测试纸上的氧化铈检测材料催化显色反应，这种催化现象会受到不同种类及不同浓度的苯二酚特异性作用，进而显示出不同的颜色。检测其试纸上所呈现颜色的色度值(rgb值)，可建立与其浓度相对应的标准曲线。
47.在本发明中，所述显色底物分子优选为3,3',5,5'-四甲基联苯胺(tmb)、2,2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(abts)，更优选为tmb，所述显色底物分子在标准溶液中的浓度优选为0.3～0.6mmol/l，更优选为0.4～0.5mmol/l，所述显色底物分子与二羟基苯的体积比优选为(10～150)：(1～10)，更优选为(50～120)：10。
48.不同的显色底物分子对不同种类的二羟基苯显示不同的颜色，具体的，当所述显色底物分子为abts时，邻苯二酚由于易被上述检测材料氧化成粉紫色的醌类，其检测限(lod,limit of detection)为50nmol/l；间苯二酚通过“turn-on”模式可促进纳米酶对浅蓝色abtsox进一步过度氧化生成深蓝色abtsox，其检测限为87nmol/l；对苯二酚则是通过“turn-off”模式，将蓝色的abtsox褪色，其褪色程度与对苯二酚的浓度保持一定线性关系，其检测限为150nmol/l。
49.当所述显色底物分子为tmb时，邻苯二酚由于易被上述检测材料氧化成粉紫色的醌类，其检测限为500nmol/l；间苯二酚通过“turn-on”模式可促进纳米酶对浅蓝色tmbox进一步过度氧化生成深蓝色tmbox，其检测限为800nmol/l；对苯二酚则是通过“turn-off”模式，将蓝色的tmbox褪色，其褪色程度与对苯二酚的浓度保持一定线性关系，其检测限为1μmol/l。
50.得到上述标准曲线后，本发明取待检测的水体，加入显色底物分子，搅拌1～2min后滴加至上述检测试纸表面，依据标准曲线，根据显色的颜色色度值(rgb值)得到二羟基苯的种类和浓度。
51.本发明中的方法适用于检测含有单一一种二羟基苯的水体中二羟基苯的浓度。
52.在本发明中，所述显色底物分子在待检测水体样品中的浓度为0.1～10mmol/l，更优选为1～5mmol/l。
53.本发明提供了一种比色法检测水体中二羟基苯的方法，包括以下步骤：a)将多孔氧化铈与锰盐在水中混合，在超声和/或搅拌的条件下对mn
2+
进行负载，得到负载有mn
2+
的氧化铈；b)将所述负载有mn
2+
的氧化铈分散在有机溶剂中，涂布至试纸表面，干燥后得到检测试纸；c)将显色底物分子与待检测水体样品混合，滴加至所述检测试纸表面，根据试纸所呈现的颜色色度值获知待检测水体中二羟基苯的种类和浓度。该方法通过不同形貌的ceo2搭载高活性mn元素，进一步地，添加促进剂对mn元素进行配位包封，同时提高颗粒的亲水性，增强颗粒对信号分子的吸附作用，不仅提高了检测的准确性，而且提高了使用寿命。本发明中的检测方法具备高稳定性、高效性、低成本，特异性强等优势，并且检测条件温和，节省时间与经济成本，具有极好的工业应用前景。
54.为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种比色法检测水体中二羟基苯的方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
55.实施例1
56.(1)称取0.1g“蝉蛹”结构(如图1所示)的ceo2(孔径5nm，孔隙率60％)和0.0558gmnso4·
4h2o，溶于50ml水中，超声使其分散均匀，用磁力搅拌器搅拌60min，使得锰离子能够均匀负载在白色的ceo2孔道及表面上。
57.(2)为了增加上述材料与显色分子(2,2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸，abts)的相互作用，以及减缓mn元素在实际测试过程中的流失，在步骤(1)得到的体系中加入0.05ml 0.01mm环糊精(cyclodextrin，简称cd)，反应两小时后，用高速离心机离心，取出上清液，洗涤至少三遍，最后将洗好的材料60℃真空干燥处理。
58.(3)将20mg步骤(2)中的材料分散在4ml丙酮中，使用喷枪以0.2mpa n2将悬浮液喷涂到一块垂直放置的试纸上，室温条件下干燥备用。
59.(4)取120μl 1mm abts、以及10μl不同浓度的苯二酚(分别为间苯二酚、邻苯二酚和对苯二酚)，搅拌1min后取200ul滴加在步骤3制得的试纸上，多余的水透过试纸，abts分子则留在试纸上并进一步被步骤2所得的纳米颗粒催化显色反应，
60.(5)步骤4得到的试纸因滴加了不同的底物，反应30分钟后显示出不同的颜色：邻苯二酚显粉紫色，间苯二酚显蓝绿色，对苯二酚为浅蓝色，通过建立rgb值与其标准浓度的线性关系，如图3所示，得到如下结论：邻苯二酚由于易被纳米酶氧化成粉紫色的醌类，其检测限(lod,limit of detection)为50nm；间苯二酚通过“turn-on”模式可促进纳米酶对浅蓝色abtsox进一步过度氧化生成深蓝色abtsox，其检测限为87nm；对苯二酚则是通过“turn-off”模式，将蓝色的abtsox褪色，其褪色程度与对苯二酚的浓度保持一定线性关系，其检测限为150nm。
61.为了证明本发明方法的准确性，我们采用该法对已知浓度的溶液进行结果测定，并用hlpc法对其进行校正，如下表：
62.表1准确性验证试验
[0063][0064]
实施例2
[0065]
(1)称取0.1g实施例1中的“蝉蛹”结构的ceo2和0.0558gmnso4·
4h2o,溶于50ml水中，超声使其分散均匀，用磁力搅拌器搅拌60min，使得锰离子能够均匀负载在白色的ceo2孔道及表面上。用高速离心机离心，取出上清液，洗涤至少三遍，最后将洗好的材料60℃真空干燥处理。
[0066]
(2)将20mg纳米酶分散在4ml丙酮中，使用喷枪以0.2mpa n2在将悬浮液喷涂到一块垂直放置的试纸上，室温条件下干燥备用。
[0067]
(3)取120μl 1mm tmb、10μl不同浓度的苯二酚(分别为间苯二酚、邻苯二酚和对苯
二酚)，搅拌1min后取200ul混合液滴在步骤2制得的试纸上，多余的水透过试纸，tmb分子则留在试纸上并进一步被步骤2所得的纳米颗粒催化显色反应，
[0068]
(4)步骤3得到的试纸因滴加了不同的底物而显示出不同的颜色：反应30分钟后，滴加了邻苯二酚的试纸条显粉紫色，间苯二酚显蓝绿色，对苯二酚为浅蓝色，通过建立rgb值与其标准浓度的线性关系得到如下结论：邻苯二酚由于易被纳米酶氧化成粉紫色的醌类，其检测限为500nm；间苯二酚通过“turn-on”模式可促进纳米酶对浅蓝色tmbox进一步过度氧化生成深蓝色tmbox，其检测限为800nm；对苯二酚则是通过“turn-off”模式，将蓝色的tmbox褪色，其褪色程度与对苯二酚的浓度保持一定线性关系，其检测限为1μm。
[0069]
为了证明本案例的准确性，我们采用该法对已知浓度的溶液进行结果测定，并用hlpc法对其进行校正，如下表：
[0070]
表2准确性验证试验
[0071][0072]
实施例3
[0073]
(1)称取0.1g“立方”结构的ceo2(如图2所示，孔径55nm，孔隙率7％)和0.0558gmnso4·
4h2o,溶于50ml水中，超声使其分散均匀，用磁力搅拌器搅拌60min，使得锰离子能够均匀负载在ceo2表面上。
[0074]
(2)为了增加上述材料与显色分子(3,3',5,5'-四甲基联苯胺，tmb)的相互作用，以及减缓mn元素在实际测试过程中的流失，在步骤(1)基础上加入0.05ml 0.01mm壳聚糖(chitosan)，反应两小时后，用高速离心机离心，取出上清液，洗涤至少三遍，最后将洗好的材料60℃真空干燥处理。
[0075]
(3)将20mg纳米酶分散在4ml乙醇中，使用喷枪以0.2mpa n2在将悬浮液喷涂到一块垂直放置的试纸上，室温条件下干燥备用。
[0076]
(4)取120μl 1mm abts、10μl不同浓度的苯二酚(分别为间苯二酚、邻苯二酚和对苯二酚)，1min后离心得到带有颜色的上清液，取200μl水样品滴加在步骤3制得的试纸上，多余的水透过试纸，信号分子则留在试纸上。
[0077]
(5)步骤3得到的试纸因滴加了不同的底物而显示出不同的颜色：反应30分钟后，滴加了邻苯二酚显蓝色，间苯二酚显黄绿色，对苯二酚为浅蓝色，邻苯二酚的检测限为2.50μm，间苯二酚的检测限为2.4μm，对苯二酚检测限为1.5μm。
[0078]
为了证明本案例的准确性，我们采用该法对已知浓度的溶液进行结果测定，并用hlpc法对其进行校正，如下表：
[0079]
表3准确性验证试验
[0080][0081]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种比色法检测水体中二羟基苯的方法，包括以下步骤：a)将多孔氧化铈与锰盐在水中混合，在超声和/或搅拌的条件下对mn
2+
进行负载，得到负载有mn
2+
的氧化铈；b)将所述负载有mn
2+
的氧化铈分散在有机溶剂中，涂布至试纸表面，干燥后得到检测试纸；c)配制多个不同浓度的二羟基苯标准溶液，然后将显色底物分子分别与所述不同浓度的二羟基苯标准溶液混合，滴加至所述步骤b)得到的检测试纸表面，根据所显示的颜色色度值建立颜色色度值与二羟基苯溶液浓度的标准曲线；d)将显色底物分子与待检测水体样品混合，滴加至所述检测试纸表面，根据试纸所呈现的颜色色度值获知待检测水体中二羟基苯的浓度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二羟基苯为邻苯二酚、间苯二酚或对苯二酚。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多孔氧化铈的孔径为3～20nm；孔隙率为40～70％。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述多孔氧化铈的形貌为立方体、片状、菱面体、十二面体、八面体和截面八面体中的一种或几种。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述锰盐为硫酸锰、氯化锰、硝酸锰和高锰酸钾中的一种或几种；所述多孔氧化铈与锰盐的质量比为(10～55):(1～5)。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤a)中负载的时间为40～90min。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述步骤a)中的产物与促进剂混合，进行反应，反应结束后离心、干燥，得到负载有mn
2+
的氧化铈；所述促进剂为壳聚糖，环糊精，葡萄糖，三乙醇胺，乙二胺，聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种；所述促进剂与多孔氧化铈的质量比为(0.1～1.5):(10～55)。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤a)中的产物与促进剂的反应时间为1～4小时。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述显色底物分子包括3,3',5,5'-四甲基联苯胺、2,2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸或邻苯二胺；所述显色底物分子在待检测水体样品中的浓度为0.1～10mmol/l。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述显色底物分子与待检测水体样品混合1～2min后，进行离心，取带有颜色的上清液滴加至所述检测试纸表面。

技术总结
本发明提供一种比色法检测水体中二羟基苯的方法，包括以下步骤：A)制备负载有Mn


技术研发人员：吴生焘 林英武 詹璇 黄刚强
受保护的技术使用者：南华大学
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/8