利用熒光探針技術檢測紡織品中微量有害物質

1 引言

紡織品中甲醛檢測主要采用乙酰丙酮顯色后用紫外—可見吸收分光光度計檢測，存在耗時長和檢測限較高等問題；重金屬離子檢測主要采用原子吸收光譜、原子熒光光譜或電感耦合等離子體發射（ICP）等方法，存在儀器昂貴、檢測成本高、操作復雜、耗時長等問題。

近些年發展起來的熒光探針檢測技術，具有檢測限低、選擇性高、操作簡單、檢測費用低等特點。熒光探針主要分為配位型和反應型兩大類。其中配位型是由熒光發射母體和識別基團兩部分組成，由連接基團有機地結合在一起，當被檢測物質與探針的識別基團結合后（分為范德華力、氫鍵等弱鍵、共價鍵、配位鍵、化學反應等多種形式），熒光母體發射的熒光強度變化與被檢測物質量成正比，通過檢測熒光強度變化量，得到被檢測物的濃度。

熒光探針技術在生物化學的微觀領域已廣泛得到研究[1-2]，而在宏觀領域的紡織品檢測還沒有實際應用實例。隨著生活水平提高，紡織品的多樣化、個性化、定制化等需求日趨增多，需要檢測的樣品大量增加，檢測時效性也要求越來越高。開發能夠實時、價廉地檢測紡織品方法顯得很有必要。因此，在我們前期開發的應用于生物分析熒光探針的基礎上，本論文初步探討把熒光探針技術應用于紡織品檢測。

2 熒光檢測儀設計

熒光探針檢測方法靈敏度高，對檢測環境非常敏感，如pH值、溫度、雜質、激發光源波動、探針濃度等，傳統的單一通道檢測方法易產生誤差。圖1所示，通過雙光路設計，加入內標或外標檢測熒光物質，能夠通過比率型計算，消除系統誤差，實現了高準確性和重復性檢測微量物質，檢測重復性誤差<2%。獨特的鏡片選用，實現了高效收集和傳送熒光，選用價格低廉的普通光電二極管代替雪崩二極管或倍增二極管，使儀器造價成本降低；儀器操作和顯示通過APP與手機連接實現，便于儀器小型化設計。

圖1 雙熒光通道光學系統設計

從激發光源1發射的光經濾光片3和聚光透鏡4射入比色皿9，比色皿內熒光探針和參比熒光物被激發發射熒光，熒光被透鏡8收集并傳輸至二色鏡7，短波長的參比熒光折射向上經濾光鏡5和透鏡4進入光電二極管2；長波熒光透過二色鏡經濾光鏡6和透鏡4進入光電二極管2。同時檢測出的兩個熒光強度比值與被測物量成正比，經標準曲線計算得到被檢測物的量。檢測儀外觀如圖2所示。

圖2 熒光檢測儀、手機APP界面和熒光檢測試劑盒

3 試驗部分

為了比較熒光探針法與紫外分光法、石墨爐法、雙道熒光法的優劣，設計本試驗。

3.1 試驗儀器、試劑

比率型熒光檢測儀（蘇州高德瑞儀器有限公司）、UV-1800紫外分光光度計（島津）、雙道熒光分光光度計（海光），石墨爐分光光度計（安捷倫）。甲醛標準試劑（中國計量院）、汞、鎘標準試劑（1mg/mL，Inorganic Ventures），硝酸（優級純），熒光探針，乙酰丙酮（分析純）。酸性汗液：1.0 L純水含有L-組氨酸鹽酸鹽一合水0.50 g，氯化鈉5.0 g，磷酸二氫鈉二水合物2.2g，用0.10mol/L NaOH中和至pH = 5.5。

3.2 熒光探針法標準曲線制作

3.2.1 甲醛標準曲線制作

在純水中甲醛標準液配制濃度為50μg/L、100μg/L、300μg/L、500μg/L、700μg/L、1000 μg/L，分別用自制熒光檢測儀檢測，得到相應熒光強度，繪制標準曲線。

3.2.2 鎘標準曲線制作

在酸性汗液中，鎘離子標準液配制濃度為5μg/L、10μg/L、20μg/L、30μg/L、50μg/L、100μg/L、200μg/L、300μg/L、500μg/L、850μg/L、1000 μg/L，分別用自制熒光檢測儀檢測，得到相應熒光強度，繪制標準曲線。

3.2.3 汞標準曲線制作

在酸性汗液中，汞離子標準液配制濃度為100μg/L、200μg/L、300μg/L、500μg/L、850μg/L、1000 μg/L，分別用自制熒光檢測儀檢測，得到相應熒光強度，繪制標準曲線。

3.2.4 樣品前處理

甲醛樣品前處理：稱取樣布1.00g，在100mL水中、40oC水浴振蕩1.0h，進行過濾，取濾液進行檢測。

重金屬樣品前處理：稱取樣布1.00 g，在20 mL酸性汗液萃取液中、37oC下振蕩1.0 h，過濾，取濾液進行檢測。

向試劑盒（含甲醛或鎘離子、或鎘離子熒光探針、參比探針、緩沖溶液等）加入待測濾液，在室溫下反應7min后，放入儀器，在手機APP上讀取數據。

4 結果與討論

4.1 結果分析

分別對鎘、汞、甲醛濃度為0.01mg/kg、0.01mg/kg、0.05mg/kg、0.1mg/kg、0.2mg/kg、0.4mg/kg、0.6mg/kg、5mg/kg、15mg/kg、30mg/kg標準溶液進行，每個試樣做3個平行。由表1可知，熒光快速檢測儀、紫外分光光度計、石墨爐分光光度計、雙道熒光分光光度計4種方法的標準偏差都小于5%，但熒光快速檢測儀測試的標準偏差，優于紫外分光光度、石墨爐分光光度計、雙道熒光分光光度計3種方法。

4.2 檢出限及線性范圍

依照比率型熒光測試儀檢測方法，進行多次空白樣試驗（20次）[3]，檢出限為式（1）。

式中：XL——檢出限，μg/L；Xbi——空白試樣均值，μg/L；k——置信度相關常數，通常取3（置信度為99.6%），Sbi——空白試樣標準偏差。

通過比率型熒光測試儀，甲醛、鎘、汞分別在50μg/L～1000μg/L、5μg/L～100μg/L、100μg/L～1000μg/L具有良好線性關系，其線性方程分別為：Y=923.5X－408.1、Y=393.5X－89.6、Y=396.7X－80.02，相關系數r分別為0.998、0.999、0.997，繪制的標準曲線如圖3～圖5所示。

表1 熒光快速檢測儀、紫外分光光度計、石墨爐分光光度計、雙道熒光分光光度計測試方法比較結果

圖3 熒光探針方法檢測甲醛標準曲線

圖4 熒光探針方法檢測鎘離子標準曲線

圖5 熒光探針方法檢測汞離子標準曲線

5 紡織品測試結果比較

利用熒光快速檢測儀對紡織品中甲醛、鎘離子、汞離子含量做了檢測，并與相應的紫外可見光譜法、石墨爐分光光度計法和原子熒光光譜法進行對比，每個試樣進行5次平衡試驗，取其平均值，結果如表2所示。熒光檢測方法與紫外可見吸收、原子吸收、原子熒光測試方法比較，準確性相對誤差 8.3%～11.1%，相對標準偏差1.2%～2.1%，顯示了良好的準確性和重復性。檢測限結果顯示，均低于國家限量標準。

表2 檢測結果對比（n=5）

6 結論

熒光探針檢測方法與傳統方法相比較，具有操作簡單、快速、價廉特點，在檢測重復性和準確性方面，顯示出優良的性能，為紡織品中微量物質檢測提供了一種潛在的新方法。