一种可视化检测有机氯农药的方法

技术领域

本发明属于化学分析检测技术领域，具体涉及一种可视化检测有机氯农药的方法。

背景技术

有机氯农药是一种用于防治植物病、虫害的高效杀虫剂，是一类含有有机氯元素的有机化合物，曾被广泛使用。有机氯农药对生物体的内分泌系统、生殖系统、神经系统等具有较大毒性，通过食物链进入人体的有机氯农药能在肝、肾、心脏等组织中蓄积，且其脂溶性大的特性使之在体内脂肪中的蓄积更严重。因此，我国早已停止有机氯农药的使用。但有机氯农药结构稳定，不易被酶降解，可积存在动、植物体内的有机氯农药分子长达半个世纪以上；因此在环境中依旧存在有机氯农药，其通过生物富集和食物链的传递，会进一步扩散，对生物体产生严重危害。

目前，有机氯农药残留分析检测主要依靠大型仪器，如高效液相色谱、气相色谱、液质联用、气质联用等。这些检测方法灵敏度极高，误差较小，但一般需要复杂的预处理，对操作人员的技能要求也较高。近些年来，也有一些生物传感方法，如酶联免疫吸附、基于单克隆抗体的间接酶联免疫分析、半定量免疫层析法和电化学方法等，已成功应用于农药残留的检测。然而，这些生物传感方法由于抗体存在制备复杂、保存条件苛刻、成本昂贵的劣势以及假阳性结果等问题，检测效果有限，也不能完全替代大型精密仪器。因此，进一步开发一种能够满足现场快速检测，存储方便且成本较低的检测方法具有重要的研究和应用意义。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种快速检测中有机氯农药的方法，该方法具有操作简单、肉眼可视等优点，可实现湖水、土壤、白菜、菊花等复杂基质中有机氯农药的快速、准确识别。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种可视化检测有机氯农药的方法，包括如下步骤：以锌卟啉为主要原料进行自组装反应得锌纳米卟啉，将其加入含pH指示剂的已知浓度的有机氯农药溶液中混合均匀，得检测溶液体系，反应至颜色不再变化，根据有机氯农药浓度与反应后检测溶液体系的颜色关系，建立基于有机氯农药浓度的标准比色装置，以实现待检测溶液体系中有机氯农药含量的可视化测定。

上述方案中，在相同用量条件下，向含有pH指示剂的待检测溶液中加入锌纳米卟啉混合均匀，得待检测溶液体系，反应至颜色不再变化，将反应后待检测溶液体系的颜色与标准比色装置进行对比，实现待检测溶液中有机氯农药含量的测定。

上述方案中，所述锌卟啉可选用四-(4-吡啶基)锌卟啉(ZnTPyP)、四-(4-羟基)锌卟啉(ZnTHPP)、四-(4-甲氧基)锌卟啉(ZnTMPP)或四-(4-苯基)锌卟啉(ZnTCPP)；优选为四-(4-吡啶基)锌卟啉。

上述方案中，锌纳米卟啉的制备方法包括如下步骤：将锌卟啉溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中配制卟啉溶液，然后将其加入水中，在20-28℃下进行自组装反应，得含锌纳米卟啉的溶液，在0-4℃温度条件下贮存备用；锌金属作为一种常见且价格便宜的非贵金属，具有较好的催化活性，并基于卟啉结构的大Π结构及其优异的光学、物理化学性质，结合锌金属化的卟啉再通过纳米化获得锌纳米卟啉产品，具有很好的形貌效应和尺寸效应可大大提升催化活性。

上述方案中，所述卟啉溶液中锌卟啉的浓度为0.8-1.5×10

上述方案中，所述卟啉溶液与水的体积比为1-3:8-10。

上述方案中，所述自组装反应时间为3-10min。

上述方案中，所得锌纳米卟啉呈圆球形，粒径为0.53-1.16mm。

上述方案中，所述pH指示剂可选用溴甲酚绿、四碘酚磺酞、溴酚蓝、甲基红或百里酚蓝等色变范围为酸性条件的pH指示剂。

优选的，所述pH指示剂选用溴甲酚绿。

上述方案中，所述检测溶液体系和待检测溶液体系中四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉的浓度为0.8-3×10

上述方案中，所述检测溶液体系中有机氯农药浓度为0.008-5mg/L。

上述方案中，所述有机氯类农药可选用滴滴涕、氯丹、狄氏剂、艾氏剂、七氯、氯硝基苯、百菌清、三氯杀螨砜或三氯杀螨醇等。

上述方案中，所述检测溶液体系和待检测溶液体系的反应时间为2-10min。

上述方案中，所述标准比色装置中包括若干个可装载检测溶液的分隔槽和基于有机氯农药浓度的标准比色卡，其中标准比色卡通过将不同已知有机氯农药浓度的检测溶液体系反应至颜色不再变化后，对每个分隔槽中溶液颜色进行拍照，提取所得照片的RGB值并采用PS软件绘制而成。

优选的，所述分隔槽设置在旋转基底上，通过旋转分隔槽实现与标准比色卡中颜色的快速对比。

优选的，所述检测溶液体系中的已知有机氯农药浓度分别为0、0.01、0.02、0.08、0.1、0.4、0.8和2mg/L。

本发明的原理为：

本发明利用四-(4-吡啶基)锌卟啉进行自组装得纳米卟啉，并首次提出利用其在室温条件下(无需借助光催化或常规的电化学催化手段)催化有机氯农药发生脱氯反应产生氢质子，并进一步与pH指示剂相互作用，实现pH指示剂溶液体系基于不同有机氯农药浓度的颜色变化，建立颜色差异与有机氯农药含量之间的关系，以实现有机氯农药的快速可视化检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明首次提出基于锌纳米卟啉催化有机氯农药发生脱氯反应，并以脱氯产生的氢质子与pH指示剂之间相互作用构建颜色变化与有机氯农药浓度之间的关系，以实现对有机氯农药的快速识别，可为有机氯农药的低成本、高效测定提供一条全新思路；

2)本发明相对传统基于质谱、色谱等检测方法，具有操作简单、反应迅速、对有机氯农药的识别和定量能力强、灵敏度高、响应速度快等优点，且可直接通过肉眼可视化检测有机氯农药，并可同步实现多种有机氯农药样品的检测，适合推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例1所述检测方法的机理示意图；

图2为本发明实施例1所述标准比色装置的构建的示意图；

图3为本发明实施例1所得四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉的透射电镜图；

图4为本发明实施例1所述四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉-溴甲酚绿催化有机氯农药脱氯产生氢质子测试结果图；

图5为本发明实施例1所述复杂基质回收(湖水、菊花、土壤)结果图；

图6为不同纳米卟啉优选结果图；

图7为本发明检测克百威、腐霉利、二氯喹啉酸、虫酰肼、敌百虫、杀螟丹和溴氰菊酯等不同类农药与有机氯农药之间的特异性图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下实施例中，所使用的化学试剂和溶剂均为分析纯。

实施例1

一种可视化检测有机氯农药的方法，其机理示意图见图1，具体包括如下步骤：

1)四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉的制备；

将0.0068g四-(4-吡啶基)锌卟啉溶解于10mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，取5mL配制的浓度为1×10

2)标准比色装置的构建；设计一种基于转盘逻辑的纽扣比色装置，在外径4cm的环形槽内设置8个隔液挡板，将环形槽均匀划分为8个扇形分隔槽，环形槽中部设置转轴并通过转轴将环形槽设置在下部环形标准比色卡表面，利用转轴使分隔槽沿环形标准比色卡的周向旋转，与标准比色卡进行比色；其中环形标准比色卡的制备步骤如下：将100μL浓度为1×10

3)检测有机氯农药：

依次在纽扣比色装置的8个分隔槽中添加100μL 1×10

图2为本发明实施例1所述标准比色装置的构建的示意图，其中加入不同浓度有机氯农药溶液后，8个扇形分隔槽内的溶液体系的颜色依次呈蓝青色、黄绿色和黄色；所得环形比色卡中由两张基于不同有机氯农药浓度形成的标准比色卡(颜色区块大小有细微差别)，方便实现扇形分隔槽溶液与标准比色卡之间的快速比对。

图3为本实施例所得四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉溶液的透射电镜图，可以看出所得纳米卟啉形貌为圆球形，粒径为0.53-1.16μm。

图4为利用本实施例所得四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉催化有机氯农药脱氯产生氢质子的变化，结果表明pH值在4.1～5.0范围内变化最显著；而在常规酸性指示剂中，溴甲酚绿在pH为3.8时表现黄色，pH为5.4时表现蓝绿色，改变色pH范围与图3较为接近，优选溴甲酚绿为本发明采用的显示pH指示剂。

分别以相同浓度、相同条件进行了真实样品湖水、菊花和土壤中有机氯农药的识别，结果见图5，在图中箭头位置为有机氯农药浓度0.02mg/L的反应结果。三种复杂基质(湖水、菊花和土壤)中，0.02mg/L浓度的有机氯农药均显示出微弱的黄绿色，而低于该浓度的反应结果颜色为蓝青色，高于该浓度的反应结果颜色为黄绿色甚至是深黄色。所以，当肉眼观察到反应颜色为黄绿色且与比色卡对比确认后，即可快速判定该复杂基质中有机氯农药超过了0.02mg/L的国家标准限量。

实施例2

进一步考察不同纳米卟啉检测有机氯农药的特异性，具体步骤如下：

1)不同纳米卟啉的制备；

分别参照实施例1步骤1)所述方法制备不同纳米卟啉，其中分别称取0.0008g四-(4-甲氧基)锌卟啉、0.00068g四-(4-苯基)锌卟啉和0.00075g四-(4-羟基)锌卟啉分别按照上述条件制备得到相同浓度的不同纳米卟啉溶液；

2)依次在纽扣比色装置的8个分隔槽中添加100μL浓度为1×10

不同纳米卟啉对有机氯农药的响应结果如见图6，只有四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉可促进有机氯农药产生明显反应，在添加或未添加有机氯农药的吸光度对比结果中表现最明显；优选四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉作为本发明检测有机氯农药的活性材料。

实施例3

有机氯农药的特异性实验

向纽扣比色装置的8个分隔槽分别添加100μL浓度为1×10

特异性检测结果如图7所示，只有氯丹产生了黄色变化，而其他农药在浓度大于氯丹浓度50倍的条件下颜色变化也只是产生了轻微的变化，不明显。说明本发明所述检测方法对有机氯农药的检测特异性强，不受其他种类农药的影响。

上述实施例仅是为了清楚地说明所做的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。