一种用于粪便检测的显色剂及其在纸尿裤上的应用

技术领域

本发明涉及粪便检测的材料及其在纸尿裤上应用。

背景技术

纸尿裤是婴儿常用的日用品，既方便使用也能保障婴儿的健康，纸尿裤大多带有尿显线，通过其颜色的变化来判断是否需要更换。常见的尿显类型主要有热熔型尿显胶和油墨尿显，前者是利用尿显胶中物质对pH值的变化产生颜色反应，使纸尿裤呈现出颜色的变化，后者是利用粪便冲淡带有颜色的小分子物质，使纸尿裤特定部位的颜色消失。[1-4]这两种检测方法误差大，比如环境湿度的变化以及撒落的饮用水等均可能导致尿显材料的颜色变化。因此，需要探索更加准确的检测方法并应用于新型纸尿裤的生产。

人体粪便的黄色是由胆红色的衍生物粪胆色素和尿胆色素形成的，气味则由细菌作用的产物所致，主要由吲哚、粪臭素、硫醇和硫氢化物引起，其中粪臭素主要存在于粪便中，因此，与粪臭素作用而显色的材料能够作为粪便的检测材料，具有很高的准确度，而且，使用显色剂无需搭配特定的仪器使用，成本低，易于使用[5-8]。通过文献调研可知，粪臭素又称为3-甲基吲哚，英文名为3-Methylindole，化学分子式是C

参考文献

[1]L.B.Rubia,R.Gomez,Journal of Pharmaceutical Sciences,1977,66,1656-1657.

[2]N.Ferronato,M.L.N.Pinedo,V.Torretta,Sustainability,2020,12,5055.

[3]Y.Budyk,A.Fullana,Journal of Environmental Chmical Engineering,2019,7,103341.

[4]S.C.Khoo,X.Y.Phang,C.M.Ng,K.L.Lim,S.S.Lam,N.L.Ma,Process SafetyandEnnironmental Protection,2019,123,116-129.

[5]A.B.Patil,C.B.Zheng,L.Y.Ma,R.H.Wu,S.K.Mengane,Y.F.Zhang,X.T.Liu,Z.H.Meng,W.L.Zhang,Z.J.Xu,C.F.Chen,J.N.Huang,X.Y.Liu,Nanotechnology,2021,32,065502.

[6]C.Y.Huang,H.C.Hsiao,Sensors,2020,20.

[7]C.Borghi,C.Bentivenga,E.R.Cosentino,International Journal ofCardiology,2020,320,23-24.

[8]H.Y.Zhang,S.Liu,Journal of Alloys and Compounds,2020,842,155873。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本申请的目的是提供一种新颖的用于粪便检测的显色剂，当显色剂遇到粪便后，复合物中的Br-离子与粪臭素中的多个-CH

为了实现上述的目的，本申请采用了以下的技术方案：

一种用于粪便检测的显色剂，该显色剂的分子式如下：SrF

进一步，SrF

进一步，用于粪便检测的显色剂的制备方法，该方法包括以下的步骤：

1)将(1-2)毫摩尔乙酸锶与(2-4)毫摩尔氟化铵溶于(4-8)毫升去离子水中，在室温下搅拌(30-60)分钟，其中乙酸锶与氟化铵的摩尔比为1∶2；

2)在1)中加入(20-30)毫升油酸与(10-20)毫升十八烯，在室温下搅拌(30-60)分钟，然后转移至水热釜中，并在160℃-200℃保温(12-24)小时；

3)将2)中所得产物用环己烷和乙醇混合液(体积比为1∶3)离心洗涤(3-5)次，然后将所得纳米晶分散在(4-8)毫升环己烷中；

4)在3)中所得溶液中加入稀盐酸(1.6摩尔/升)1-2毫升，在功率大于1千瓦的超声波清洗仪中超声30-60分钟，然后用乙醇和去离子水混合液(体积比为1∶3)离心洗涤(1-2)次，将所得纳米晶分散在(2-4)毫升去离子水中；

5)将乙酸铜(0.5-1)毫摩尔，冰乙酸(5-20)毫升与去离子水(40-60)毫升在室温下搅拌(30-60)分钟；

6)在步骤(5)所得溶液中加入步骤(4)所得纳米晶溶液，在室温下搅拌(30-60)分钟；

7)在步骤(6)所得溶液中加入溴化铵(0.5-1)毫摩尔，在室温下搅拌(10-20)分钟；

8)在步骤(7)所得溶液中加入油酸(5-10)毫升，在室温下搅拌30-60分钟，然后放置于30-40℃的烘箱中静置24-48小时，最后将所得显色剂保存在黑色瓶内。

一种纸尿裤，包括裤体及其上用于显示是否有粪便的显示标识，显示标识由上述的用于粪便检测的显色剂制成。

进一步的，裤体上还设有尿显线，尿显线的显色剂材料的分子式如下：KLuF

进一步的，用于粪便检测的显色剂接触粪便后显示标识由浅白色向蓝色转变；尿显线接触尿液后由浅白色向黄色或橙色转变，且黄色或橙色的亮度与尿液的体积成正比。

本专利采用溶剂热法制备出氟化锶纳米晶，并用盐酸处理去掉表面配体，然后以纳米晶为核，采用室温搅拌法制备出显色剂，然后通过表面修饰制备出油酸配体包覆用于粪便检测的显色剂。当显色剂中加入粪臭素后，溶液出现蓝色，其明亮程度与粪臭素浓度成正比例关系，通过拟合蓝光强度与粪臭素浓度的关系曲线，能够很好地应用于粪臭素的定量检测。在氟化锶-溴化铜显色剂中加入正常人的粪便，可以明显看到蓝色，其明亮程度随着粪便体积的加大而逐渐加深。本专利通过与粪便中粪臭素直接作用而体现婴儿粪便的显色剂，具有更高的准确度，在婴儿纸尿裤领域具有很好的应用前景。

附图说明

图1用于粪便检测的显色剂的电感耦合等离子体原子发射光谱分析结果。

图2用于粪便检测的显色剂的傅里叶红外变换光谱图。

图3用于粪便检测的显色剂的蓝光强度与粪臭素浓度的关系曲线。

图4用于粪便检测的显色剂的蓝光强度与粪便质量的关系曲线。

图5用于粪便检测的显色剂的蓝光强度与尿液体积的关系曲线。

图6无油酸配体修饰的用于粪便检测的显色剂的蓝光强度与粪臭素浓度的关系曲线。

图7尿显线显色剂的电感耦合等离子体原子发射光谱分析结果。

图8尿显线显色剂的傅里叶红外变换光谱图。

图9尿显线显色剂的透射电子显微镜图。

图10尿显线显色剂的黄光强度与尿酸浓度的关系曲线。

图11尿显线显色剂的黄光强度与尿液体积的关系曲线。

图12无表面配体修饰尿显线的显色剂的黄光强度与尿酸浓度的关系曲线。

图13单独聚丙烯酸配体修饰尿显线的显色剂的黄光强度与尿酸浓度的关系曲线。

图14单独柠檬酸配体修饰尿显线的显色剂的黄光强度与尿酸浓度的关系曲线。

图15单独EDTA配体修饰尿显线的显色剂的黄光强度与尿酸浓度的关系曲线。

具体实施方式

实验部分

主要试剂：乙酸钾(99.0％)，乙酸锶(99.0％)，氟化铵(99.0％)，乙酸铜(99.9％)，冰乙酸(100％)，碱式硝酸铋(98％)，乙酸镥(99.9％)，碘化钾(99.0％)，油酸，十八烯(90％)；聚丙烯酸、尿酸、油酸、溴化铵和粪臭素购买于Sigma-Aldrich公司，环己烷，乙醇，稀盐酸和去离子水购买于国药集团化学试剂有限公司，试验粪便取自正常婴儿。

SrF

将1毫摩尔乙酸锶与2毫摩尔氟化铵溶于4毫升去离子水中，在室温下搅拌30分钟；然后加入20毫升油酸与10毫升十八烯，在室温下搅拌60分钟，然后转移至水热釜中，并在180℃保温12小时；将SrF

表征仪器和方法

电感耦合等离子体原子发射光谱(ZX-Z5000-WLD5000，粉末样品，频率50/60Hz)，傅里叶红外变换光谱(Nicolet 380)，透射电子显微镜(TEM,FEI Tecnai G2 F20)，光谱仪(FLUROHUB-B,HORISR JOBIN YVON)。

原子发射光谱测试样品的制备：将显色剂冷冻烘干得到粉末状样品；

傅里叶红外变换光谱样品的制备：采用优级纯KBr压片法制备；

透射电子显微镜样品的制备：取少许显色剂溶于4毫升乙醇溶液中，超声5分钟后，滴3-6滴液体于超薄碳膜上。

粪臭素的检测方法：去一定容量的显色剂，分成若干组，每组中加入不同摩尔量的粪臭素，通过荧光光谱仪表征其荧光强度的变化，并拟合出标准曲线。

粪臭素的浓度是指单位体积水溶液内粪臭素的含量，粪便的体积是指粪便的总体积量。KLuF

将1毫摩尔乙酸镥、1毫摩尔乙酸钾与4毫摩尔氟化铵溶于6毫升去离子水中，在室温下搅拌30分钟；然后加入20毫升油酸与10毫升十八烯，在室温下搅拌60分钟，然后转移至水热釜中，并在160℃保温12小时；将KLuF

表征仪器和方法

电感耦合等离子体原子发射光谱(ZX-Z5000-WLD5000，粉末样品，频率50/60Hz)，傅里叶红外变换光谱(Nicolet 380)，透射电子显微镜(TEM,FEI Tecnai G2 F20)，光谱仪(FLUROHUB-B,HORIBA JOBIN YVON)。

原子发射光谱测试样品的制备：将显色剂冷冻烘干得到粉末状样品；

傅里叶红外变换光谱样品的制备：采用优级纯KBr压片法制备；

透射电子显微镜样品的制备：取少许显色剂溶于4毫升乙醇溶液中，超声5分钟后，滴3-6滴液体于超薄碳膜上。

尿酸的检测方法：去一定容量的显色剂，分成若干组，每组中加入不同摩尔量的尿酸，通过荧光光谱仪表征其荧光强度的变化，并拟合出标准曲线。

尿酸的浓度是指单位体积水溶液内尿酸的含量，尿液的体积是指尿液的总体积量。

如图1所示，电感耦合等离子体原子发射光谱分析结果表明，油酸配体修饰氟化锶-溴化铜产物中含有Sr、F、Cu和Br元素，其摩尔百分比分别为17.82％，35.12％，15.86％和31.2％，与原料中添加的摩尔百分比基本一致，说明得到的产物为SrF

油酸配体修饰氟化锶-溴化铜产物本身为浅白色，在显色剂中加入少量粪臭素后，其颜色转变为蓝色。其机理解释如下：复合物中的Br-离子与粪臭素中的多个-CH

如图4所示，在油酸配体修饰氟化锶-溴化铜显色剂中加入少量粪便样品后，显色剂出现蓝色，随着粪便质量的进一步加大，显色剂的颜色逐渐加深，其变化趋势与粪便质量呈正相关，作为标准曲线能够用于粪便的检测。将本发明提出的显色剂用于制作纸尿裤，能够直观地通过颜色的变化判断是否需要更换纸尿裤，具有很好的应用前景。

为了验证油酸配体修饰氟化锶-溴化铜对粪便检测的准确性，研究其蓝光强度与尿液体积的关系。如图5所示，在这种显色剂中添加尿液，没有出现颜色的变化，甚至尿液的体积加大至10毫升，显色剂仍没有出现颜色的变化，表明这种显色剂对粪便检测具有很高的准确度。

为了验证采用油酸配体修饰氟化锶-溴化铜的重要性，制备了无配体修饰的氟化锶-溴化铜显色剂。如图6所示，在这种显色剂中添加粪臭素，没有出现颜色的变化，甚至粪臭素的量加大至1微摩尔/升时，显色剂仍没有出现颜色的变化，表明表面配体有助于促进络合物的团聚。

本发明提供的显示标识的优越性在于显示标识的颜色深度变化非常明显，通过颜色的深度直观且准确的判断是否需要更换纸尿裤。采用极少量的显色剂制作了10条相同的显示标识，将提取的10位正常婴儿粪便40克分别加在显示标识上，蓝色的强度变化大致在500-550之间，如表1所示。进一步，可以通过改变显示标识上显色剂的浓度，来调节显色剂颜色强度的变化规律，能够更加灵活地针对不同需求制作不同类型的纸尿裤。

表1

如图7所示，电感耦合等离子体原子发射光谱分析结果表明，聚丙烯酸配体修饰碘化铋镥钾产物中含有K，Lu，Bi，I和F元素，其摩尔百分比分别为17.35％，9.77％，6.12％,34.13％和32.63％，与原料中添加的摩尔百分比基本一致，说明得到的产物为KLuF

聚丙烯酸、柠檬酸与EDTA三配体修饰氟化镥钾-碘化铋镥钾产物本身为浅白色，在显色剂中加入少量尿酸后，其颜色转变为黄色。其机理解释如下：配体中的羧基与尿酸中的-NH键通过静电吸引作用促使碘化铋镥钾与尿酸形成配合物，最终呈现黄色，随着尿酸量的加大，配合物浓度增大，溶液的颜色逐渐加深，其变化幅度可以通过荧光光谱进行表征。如图10所示，随着尿酸浓度的不断增大，黄光的强度逐渐加强，呈现出明显的正相关，作为标准曲线能够用于尿酸的定量检测。此外，当尿液体积达到一定含量后，由于EDTA吸附过多的Na+离子，显色剂转变为橙色，为了进一步证明其实用性，取正常婴儿的尿液继续开展了检测性试验。

如图11所示，在聚丙烯酸、柠檬酸与EDTA三配体修饰氟化镥钾-碘化铋镥钾显色剂中加入少量尿液样品后，显色剂出现黄色，随着尿液容量的进一步加大，显色剂的颜色逐渐加深，其变化趋势与尿液容量呈正相关，作为标准曲线能够用于尿液的检测。将本发明提出的显色剂用于制作纸尿裤，能够直观地通过颜色的变化判断是否需要更换纸尿裤，具有很好的应用前景。此外，当尿液达到一定临界体积后，由于EDTA过多地吸附Na

为了验证采用聚丙烯酸、柠檬酸与EDTA三配体修饰氟化镥钾-碘化铋镥钾的重要性，制备了无配体修饰的氟化镥钾-碘化铋镥钾显色剂。如图12所示，在这种显色剂中添加尿酸，没有出现颜色的变化，甚至尿酸的量加大至1微摩尔/升时，显色剂仍没有出现颜色的变化，表明表面配体有助于促进显色剂与尿酸通过表面作用而结合形成配合物。采用三配体修饰显色剂，是本发明的一个重要创新点。

为了分别验证各配体的作用，分别制备了聚丙烯酸、柠檬酸或EDTA单配体修饰的氟化镥钾-碘化铋镥钾复合物。如图13和图14所示，单独的聚丙烯酸或柠檬酸配体修饰的氟化镥钾-碘化铋镥钾显色剂中加入尿酸后，黄光的强度增加幅度非常小，且无颜色变化。这表明双配体产生了明显的协同作用，通过共同吸附尿酸而促进配合物的形成，导致发光强度的显著变化。

如图15所示，对于EDTA单配体修饰的氟化镥钾-碘化铋镥钾显色剂，其发光强度几乎不随尿酸浓度的变化而改变，而当溶液中加入过量的Na

为了研究氟化镥钾-碘化铋镥钾显色剂表面丙烯酸、柠檬酸与EDTA三种配体不同比例对尿液检测的影响，制备了不同表面配体比例的复合物，包含1∶0.5∶0.2，1∶0.6∶0.2，1∶0.7∶0.2，1∶0.8∶0.2，1∶0.9∶0.2，1∶1∶0.2，1∶0.8∶0.3以及1∶0.8∶0.4。如表2所示，在等体积(5毫升)显色剂中加入0.5*10

表2

一般的婴儿纸尿裤尿显线长度是200MM，通过尿显线变色或褪色的位置判断是否更换纸尿裤，而颜色深度变化不明显。本发明提供的尿显线的优越性在于尿显线的颜色深度变化非常明显，通过颜色的深度直观且准确的判断是否需要更换纸尿裤。采用极少量的显色剂制作了10条相同的尿显线，将提取的10位正常婴儿尿液20毫升分别滴加在尿显线上，黄色的强度变化大致在8000-8500之间，如表3所示。进一步，可以通过改变尿显线上显色剂的浓度，来调节显色剂颜色强度的变化规律，能够更加灵活地针对不同需求制作不同类型的纸尿裤，此外，当显色剂颜色转变为橙色时，提示该纸尿裤必须进行更换。

表3

本专利采用溶剂热法制备出氟化锶纳米晶，并用盐酸处理去掉表面配体，然后以纳米晶为核，采用室温搅拌法制备出氟化锶-溴化铜复合物显色剂，然后通过表面修饰制备出油酸配体包覆的氟化锶-溴化铜复合物显色剂。当显色剂中加入粪臭素后，溶液出现深蓝色，其明亮程度与粪臭素浓度成正比例关系，通过拟合蓝光强度与粪臭素浓度的关系曲线，能够很好地应用于粪臭素的定量检测。在此基础上，在氟化锶-溴化铜显色剂中加入正常人的粪便，可以明显看到蓝色，其明亮程度随着粪便质量的加大而逐渐加深。这种通过与粪便成分直接作用而体现婴儿粪便质量的显色剂，相比传统的pH检测法，具有更高的准确度，在婴儿纸尿裤领域具有很好的应用前景。采用溶剂热法制备出氟化镥钾纳米晶，并用盐酸处理去掉表面配体，然后以纳米晶为核，采用室温搅拌法制备出尿显线的显色剂，然后通过表面修饰制备出聚丙烯酸、柠檬酸与EDTA三配体包覆的尿显线的显色剂。当显色剂中加入尿酸后，溶液出现深黄色，其明亮程度与尿酸浓度成正比例关系，通过拟合黄光强度与尿酸浓度的关系曲线，能够很好地应用于尿酸的定量检测。在此基础上，在氟化镥钾-碘化铋镥钾显色剂中加入正常人的尿液，可以明显看到黄色，其明亮程度随着尿液体积的加大而逐渐加深，而且当尿液体积达到一定程度后，EDTA能够吸附足够多的钠离子，显色剂转变为橙色，提示该纸尿裤必须更换。这种通过与尿液成分直接作用而体现婴儿尿液体积的显色剂，相比传统的pH检测法，具有更高的准确度，在婴儿纸尿裤领域具有很好的应用前景。

本专利的婴儿纸尿裤，包括裤体及其上的尿显线和用于显示是否有粪便的显示标识，显示标识处于裤体裆部区域，显示标识可以是圆形，方形或其它卡通图形，即可以区别于传统的直条型尿显线，通过观察用于显示是否有粪便的显示标识可以准确判断是否有粪便排出，相对于传统的通过嗅觉判断更加准确。

采用显色剂的尿显线，长度一般不超过100MM，尿显线呈直条型，尿显线主要处于裤体的裆部区域，少部分延伸至前腰区和后腰区，尿显线采用上述的显色剂。纸尿裤上的尿液大部分是集中在纸尿裤的裆部区域，尤其是当使用者处于站立状态，纸尿裤裆部上方靠近前后腰区域的尿液大部分也会向下落入裆部区域，因此当裆部区域的尿液纯粹过多，即便纸尿裤裆部上方靠近前后腰区域的尿液不多或没有，使用者也会感觉不舒适。在这种情况下，传统的尿显线由于纸尿裤裆部上方靠近前后腰区域的尿显线没有出现提示，看护人员无法及时进行更换，而使用本专利的纸尿裤，仅需观察裆部区域尿显线的颜色深度即可判断尿液的存储情况，进而做出是否更换纸尿裤的准确判断。本专利的尿显线尤其适合拉拉裤上使用。