基于Fe7S8納米酶的H2O2手機可視化比色檢測

顧婧婧，李鐘杰，李宇浩，公海龍，馬勤勤，劉婷婷，2*，王學東*

（1.蘇州科技大學 環境科學與工程學院，江蘇 蘇州 215009；2.江蘇省環境科學與工程重點實驗室，江蘇 蘇州 215009）

過氧化氫（H2O2）因具有強抗氧化性、易分解等特點被廣泛用作漂白劑、消毒劑、保鮮劑、液體燃料等。然而，過量使用的H2O2和工業非法添加的H2O2排放到環境中，會對環境造成嚴重污染。此外，人體中過量的H2O2則可誘發各種生物損害，導致衰老、神經變性、DNA損傷和癌癥等［1］。因此，開發一種快速、靈敏、高效、成本低的H2O2檢測方法在環境監測、食品安全、臨床診斷等領域具有重要意義。

目前，常用的H2O2檢測方法有電化學法［2］、熒光法［3］、表面增強拉曼散射法［4］、紫外分光光度法［5］、比色法［6］等。其中比色法具有檢測速度快、操作簡便、分析成本低、無需依靠復雜操作和昂貴的儀器即可實現H2O2定性和半定量測量的優點，引起了研究者們的關注［7］。比色法檢測中，利用酶催化H2O2氧化顯色底物較為常見，但在傳統的酶催化底物顯色的過程中，存在天然酶易失活、穩定性差、使用成本高等問題，因此探索人工模擬酶來替代顯色體系中的天然酶，成為進一步拓展比色法應用范圍的重要手段［8］。在眾多人工模擬酶中，納米酶具有催化活性優異、穩定性高、易于制備、成本低廉等優點，被認為是能夠替代天然酶的最佳選擇［9］。迄今為止，許多納米材料已被發現具有類天然酶催化活性，包括貴金屬［10］、金屬氧化物［11］、金屬硫化物［12］、金屬有機框架材料（MOF）［13］等。其中，金屬硫化物基納米酶因具有可調控的類酶活性、獨特的光學性能和易功能化的結構組成受到廣泛關注［14］。Gao等［15］合成的 5，10，15，20-四（4-羧基苯基）卟啉-Co9S8納米復合材料（H2TCPP-Co9S8）比純Co9S8納米片具有更強的過氧化物酶活性，可以實現隱形眼鏡護理液中H2O2的靈敏檢測，檢出限低至8.19 μmol/L。Zhang 等［16］基于一步水熱法制備的MoS2納米片構建了牛奶樣品中H2O2的比色檢測方法，建立的比色體系檢測H2O2的線性范圍為10～50 μmol/L。Zhang 等［17］將碳納米管（CNTs）引入MoS2納米片（MoS2NSs）中，利用MoS2NSs和CNTs的協同作用，構建了靈敏的H2O2比色檢測平臺，其線性范圍比MoS2NSs拓寬了近10 倍。在眾多金屬硫化物納米酶中，鐵硫化合物（FexSy）因具有Fe2+/Fe3+氧化還原電對以及Fe與S 間豐富的價態轉換，表現出優異的類酶活性［18］。Song 等［19］利用FeS2的類過氧化物酶活性構建了高效的生物傳感器，所得米氏常數（Km）是辣根過氧化物酶的13倍。He等［20］通過在FeS2表面包覆共價有機骨架材料（COFs）進一步提高了FeS2納米酶的穩定性和可重復使用性。Liu 等［21］制備了含有不同硫空位的Fe3S4納米酶，硫空位的引入進一步提高了Fe3S4納米片的催化活性。與FeS2和Fe3S4相比，Fe7S8具有更長的Fe-S 鍵，可為表面的Fe2+和Fe3+與H2O2之間提供更多的通道，為利用Fe7S8催化底物顯色用于高效檢測H2O2含量提供了基礎。目前Fe7S8納米材料的應用主要集中在儲能領域，在利用其類酶活性進行比色法傳感檢測領域還有較大空白。

本研究采用溶劑熱法，以四水合氯化亞鐵、硫代乙酰胺為原料制備了Fe7S8納米花（Fe7S8NFs），Fe7S8納米花優異的類過氧化物酶活性可催化H2O2氧化顯色底物3，3'，5，5'-四甲基聯苯胺（TMB）生成oxTMB，使溶液顏色由無色變為藍色?；诖?，構建了H2O2的比色傳感檢測方法。為進一步克服肉眼觀察顯色結果引起的誤差，采用智能手機作為顏色結果獲取裝置，結合“Thing Identify”軟件的色值分析功能，建立了樣品顏色灰度值與H2O2濃度的線性關系。該方法已成功用于水樣中H2O2的含量檢測，為比色傳感法的應用提供了新思路。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

四水合氯化亞鐵（FeCl2·4H2O，分析純，99%）、乙二醇（C2H6O2，分析純，99%）、乙酸（CH3COOH，分析純，99%）、乙酸鈉（CH3COONa，分析純，99%）、無水乙醇（CH3CH2OH，分析純，99%）、5，5'-二甲基-1-吡咯啉N-氧化物（DMPO，分析純，99.5%）購自上海阿拉丁有限公司。硫代乙酰胺（C2H5NS，TAA，分析純，99%）、3，3'，5，5'-四甲基聯苯胺（TMB，分析純，98%）、2，2'-聯氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽（ABTS，分析純，98%）、鄰苯二胺（OPD，分析純，99%）、乙二胺四乙酸（EDTA，分析純，99%）、對苯醌（PBQ，分析純，99%）、異丙醇（IPA，分析純，69%~71%）購自阿達瑪斯試劑公司。過氧化氫（H2O2，分析純，30%）購自上海聯試化工試劑有限公司。實驗用水（>18.2 MΩ）由Milli-Q凈水系統（美國）提供。實際水樣為我校自來水。

DHG-9070A 電熱鼓風干燥箱（上海夕聞生物科技有限公司）、Quanta FEG 250 掃描電子顯微鏡（SEM，美國賽默飛世爾科技（中國）有限公司）、X-act 能譜儀（EDS，英國牛津儀器公司）、FEI Tecnai F20 透射電子顯微鏡（TEM，美國賽默飛世爾科技（中國）有限公司）、Bruker D8 advance X 射線衍射儀（XRD，德國布魯克公司）、UV-5500PC 紫外可見分光光度計（UV-Vis，上海元析儀器有限公司）、TriStar Ⅱ Plus 3030 全自動比表面積與孔隙度分析儀（BET-BJH，美國麥克儀器公司）、LakeShore7404磁滯回線測試儀（VSM，美國湖岸公司）、Thermo Scientific ESCALAB 250Xi X 射線光電子能譜儀（XPS，美國賽默飛世爾科技（中國）有限公司）、Bruker EMXplus-6/1順磁共振波譜儀（EPR，德國布魯克公司）。

1.2 Fe7S8 NFs的制備

將2.7 mmol/L FeCl2·4H2O 和3.6 mmol/L TAA 加入到70 mL 乙二醇中，劇烈攪拌形成均勻溶液。將溶液轉移至100 mL的不銹鋼高壓反應釜中，200 ℃條件下反應12 h。離心收集黑色沉淀物，經超純水、乙醇各洗滌3次，60 ℃真空干燥得到黑色產物，合成流程如圖1所示。

圖1 Fe7S8 NFs的合成流程示意圖Fig.1 Schematic for the synthesis of Fe7S8 NFs

1.3 顯色條件優化

選擇ABTS、OPD 和TMB 為底物考察顯色效果。以TMB 為顯色底物，考察反應條件對Fe7S8NFs 催化性能的影響，對緩沖液pH 值（3.2、3.6、4.0、4.6、5.0、6.0）、溫度（20、25、30、35、40、45 ℃）、孵育時間（0、5、10、15、20、25、30、35、40 min）、Fe7S8NFs質量濃度（0.01、0.03、0.05、0.07、0.09、0.11、0.13 mg·mL-1）進行優化。除Fe7S8NFs質量濃度考察實驗外，其它實驗過程為：將60 μL Fe7S8懸濁液（0.05 mg·mL-1）、100 μL TMB（6 mmol/L）、40 μL H2O2（50 mmol/L）加入到1 700 μL NaAc-HAc 緩沖液中，孵育后過濾，使用UV-Vis 紫外可見分光光度計記錄波長在652 nm 處的吸光度值。Fe7S8NFs質量濃度考察實驗中，固定其它條件不變，僅改變Fe7S8NFs的質量濃度。

1.4 Fe7S8 NFs的類過氧化物酶活性探究

設置了5 組（Fe7S8+H2O2、Fe7S8+TMB、Fe7S8+TMB+H2O2、純H2O2、純TMB）對照試驗考察Fe7S8NFs的類過氧化物酶活性。所有反應均在2 mL 含有NaAc-HAc 緩沖液（pH 4.0，0.2 mol/L）的反應體系中進行，Fe7S8、TMB、H2O2的最終濃度分別為0.05 mg·mL-1、6 mmol/L、50 mmol/L?；旌先芤涸?0 ℃條件下孵育20 min后，使用UV-Vis紫外可見分光光度計記錄其在450~750 nm處的光譜。

1.5 Fe7S8 NFs的穩態動力學分析

在最佳反應條件下，以TMB為顯色底物，通過一系列顯色反應研究了Fe7S8NFs催化顯色反應的穩態動力學參數。以恒定的H2O2水平（3 mmol/L）和變化TMB 濃度（0.2、0.4、0.6、0.8、1、2、4、6 mmol/L）研究了反應的催化動力學；以恒定的TMB 水平（3 mmol/L）和變化H2O2濃度（0.2、0.4、0.6、0.8、1、2、4、6 mmol/L）分析了反應的穩態動力學。最后，根據Michaelis-Menten 方程計算出米氏常數Km和最大反應速率Vmax。

其中：V0為初始的反應速度，Vmax為最大反應速度，Km為米氏常數（酶促反應達到最大反應速率一半時的底物濃度），[S]為底物濃度。

1.6 Fe7S8 NFs催化活性機制探究

為了確定參與催化反應的活性氧類型，分別使用異丙醇（IPA）、EDTA 和對苯醌（PBQ）作為自由基清除劑進行自由基清除實驗。將60 μL Fe7S8（0.05 mg·mL-1）、100 μL TMB、40 μL H2O2、100 μL自由基清除劑（1 mmol/L）與1 700 μL NaAc-HAc 緩沖液（0.2 mol/L，pH 4.0）混合，40 ℃下孵育20 min。隨后，通過UV-Vis紫外可見分光光度計測量其在652 nm處的吸光度以判斷自由基的存在。同時，使用DMPO作為自由基捕獲劑，通過EPR波譜探究羥基自由基（·OH）、超氧自由基（·O2-）和光生空穴（h+）的產生。

1.7 H2O2的比色傳感檢測

將60 μL Fe7S8NFs 懸濁液（0.05 mg·mL-1）、100 μL TMB（6 mmol/L）與不同濃度的H2O2溶液（0、0.001、0.003、0.005、0.007、0.009、0.3、0.5、0.7、1、1.5、2、3、4、5、9、20、30、40、50、60、70 mmol/L）加入到NaAc-HAc 緩沖液（pH 4.0）中，40 ℃孵育20 min，用UV-Vis 紫外可見分光光度計測量其在652 nm處的吸光度值。

加入500 mmol/L的 Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Al3+、Cu2+、Cl-、葡萄糖（Glu）、尿酸（UA）作為干擾物質，考察了Fe7S8NFs+TMB體系對H2O2（50 mmol/L）檢測的抗干擾性。

1.8 智能可視化比色傳感法檢測實際水樣中的H2O2

為考察Fe7S8NFs在實際水體中的應用，采用加標法對自來水中的H2O2進行檢測。取自來水離心并經0.22 μm 混合纖維素濾膜過濾后進行加標實驗，加標濃度為1.5、3、5 mmol/L。使用UV-Vis紫外可見分光光度計測定吸光度變化，考察吸光度與濃度間的線性關系，并測定水樣中的H2O2含量，計算加標回收率。

采用智能手機對顯色結果進行拍照，結合“Thing Identify”軟件的灰度值分析功能，利用“Fe7S8+TMB+H2O2”顯色體系的顏色灰度值與H2O2濃度間的線性關系，實現高效、準確、便捷的H2O2含量檢測，并與UV-Vis紫外可見分光光度法的測試結果進行比較。

2 結果與討論

2.1 Fe7S8 NFs的形貌結構表征

通過SEM、TEM 和EDS 對Fe7S8NFs的形貌與組成進行表征。SEM 結果表明，Fe7S8NFs具有由片層組成的類似銀耳的花狀結構，且表面較為光滑（圖2A）。TEM測試結果進一步證明構成Fe7S8NFs的片層較薄，測得的晶格間距為0.29 nm，對應于Fe7S8NFs 的（200）晶面（圖2B、C）。通過EDS 測試發現該納米材料存在Fe、S元素且均勻分布在Fe7S8NFs表面（圖2D、E、F）。

圖2 Fe7S8 NFs的形貌結構表征Fig.2 Morphology and structural characterizations of Fe7S8 NFs

通過XRD 對Fe7S8NFs 的晶體結構進行表征，如圖2G 所示，在29.950 °、33.757 °、43.648 °、53.077 °處的特征峰，分別對應于Fe7S8晶體的（200）、（203）、（206）、（220）晶面，與標準卡片（JCPDS 25-0411）一致，表明樣品具有較好的結晶度和純度。通過XPS 對Fe7S8表面的元素組成和價態進行分析，XPS 全譜圖（圖2H）顯示，Fe7S8NFs 表面存在Fe、S、C、O 元素，其中，C、O 峰可能是由于材料表面吸附空氣中的H2O、CO2和O2等引起。對Fe 2p 軌道進行分峰，如圖2I 所示，其711.0、724.3 eV處的特征峰對應于Fe2+，713.4、726.7 eV 處的特征峰對應于Fe3+，位于719.5 eV 處的峰對應于Fe3+的衛星峰。以上結果表明Fe7S8NFs 的表面包含Fe2+、Fe3+兩種價態，與文獻報道一致［22］?；旌蟽r態的存在，有利于在催化過程中芬頓體系的形成，進而產生更多的活性氧催化顯色底物顯色。如圖2J 所示，對S 2p 軌道進行分峰，產生的6 個峰分別對應于Sn2-（164.7 eV）、S2-（161.3、162.6、163.8 eV）和SOx（168.5 eV 和169.8 eV）。SOx可能來自于Fe7S8NFs 的表面氧化。上述XPS 結果說明Fe7S8NFs 成功合成［23］。圖2K為Fe7S8NFs的氮氣等溫吸脫附曲線（BET），該吸脫附等溫線符合Ⅱ型吸附等溫線特征。經計算Fe7S8的比表面積為17.6475 cm2/g。內嵌圖為Fe7S8NFs 的孔徑分布圖，該納米花的平均孔徑為22.46 nm，孔徑較大，且為介孔結構。較大的比表面積和介孔結構有利于顯色底物分子、H2O2分子與Fe7S8NFs 表面的活性位點接觸，增加反應發生的概率。通常鐵基氧化物和硫化物具有一定的磁性，便于通過磁分離來終止反應。為探究該納米花的磁性強弱，對其進行了磁滯回線分析（圖2L）。Fe7S8NFs的飽和磁化強度僅為2.17 emu/g，具有一定磁性，但不足以實現使用磁鐵進行外部分離。因此本工作中，通過對反應后的溶液進行過濾終止反應并進行測試。

2.2 Fe7S8 NFs的類酶活性探究及顯色條件優化

為了探究Fe7S8NFs 的類酶活性，考察了3 種不同顯色底物（ABTS、TMB、OPD）的顯色效果。如圖3A~C 所示，“ABTS+ Fe7S8+H2O2”體系在425 nm 處出現吸收峰，吸光度值為1.89，溶液呈綠色；“TMB+ Fe7S8+H2O2”體系在652 nm 處出現較強吸收峰，吸光度值約1.34；而“OPD+ Fe7S8+H2O2”體系未出現明顯顏色變化。以上結果說明可選擇ABTS或TMB作為顯色底物，但相較而言，TMB毒性更小，成本更低，因此選擇“TMB+Fe7S8+H2O2”體系進行后續實驗。如圖3D 所示，純TMB 溶液為無色；“TMB+H2O2”體系呈極淺的藍色，說明H2O2可以氧化TMB變色，但是氧化能力極弱?！癋e7S8NFs+H2O2”體系中溶液無色，且無UV-Vis 吸收，說明Fe7S8NFs 和H2O2對顯色體系不存在試劑底色干擾?！癋e7S8+TMB”體系中，溶液仍呈無色，表明Fe7S8NFs本身不能催化TMB 底物顯色，且不能催化溶液中的溶解氧使TMB 變藍，進一步說明其不具備類氧化酶活性?！癋e7S8+TMB+H2O2”體系中，溶液變為藍色，且在652 nm處有明顯吸收峰，說明Fe7S8NFs可以催化H2O2氧化TMB，具有典型的類過氧化物酶活性。

圖3 Fe7S8 NFs的類過氧化物酶催化條件探究Fig.3 Catalytic conditions for the peroxidase-like enzymes of Fe7S8 NFs

分別考察了緩沖液pH 值、孵育溫度、孵育時間、Fe7S8NFs 質量濃度4 個因素對“Fe7S8NFs+TMB+H2O2”體系催化效果的影響。如圖4A 所示，隨著pH 值從3.2 增大到6.0，溶液顏色由淺變深又變淺，吸光度值呈現先增后減的趨勢，pH 4.0時，吸光度值達到最高，此時Fe7S8NFs的活性最強，溶液顏色最深。如圖4B 所示，溫度從20 ℃上升至40 ℃時，吸光度值隨著溫度的升高而上升，并在40 ℃時達到最高，當溫度升至45 ℃時吸光度略有降低。這是因為，隨著孵育溫度的升高，反應物分子的運動愈發劇烈，使得H2O2、TMB 與Fe7S8NFs的接觸概率變大，反應有效碰撞增加，有利于催化反應的進行；但當溫度過高時，容易導致氧化產物oxTMB 不穩定，因此選擇40 ℃作為孵育溫度進行實驗。如圖4C 所示，在0～40 min 范圍內，吸光度值隨時間的增加而增大。0～20 min，吸光度值急劇增加，在20～40 min，吸光度值緩慢上升。說明反應進行20 min時，反應速率減慢，顯色效果達到較佳水平?；诳焖贆z測的考慮，選擇20 min作為最佳孵育時間。如圖4D所示，吸光度值隨Fe7S8NFs質量濃度的增加而增加，與孵育時間的變化趨勢類似，在Fe7S8NFs質量濃度增加的過程中，反應速率由快變慢，當Fe7S8NFs為0.05 mg·mL-1時，反應速率較快，顯色現象明顯，因此選擇該質量濃度進行實驗。因此，選擇pH 4.0、孵育溫度40 ℃、孵育時間20 min、Fe7S8NFs質量濃度0.05 mg·mL-1為最佳顯色條件用于后續實驗。

圖4 不同實驗條件對Fe7S8 NFs催化活性的影響Fig.4 Effect of different conditions on the catalytic activity of Fe7S8 NFs

2.3 Fe7S8 NFs的類酶活性穩態動力學研究

為考察Fe7S8NFs與底物之間的結合能力和催化效率，對比了最佳條件下TMB、H2O2為底物時的米氏常數（Km）和最大反應速率（Vmax）。Km值的大小與酶、底物的親和力有關，Km值越小，與底物的親和力越強；Km值越大，與底物的親和力越弱［24］。如圖5 和表1 所示，Fe7S8NFs 對H2O2和TMB 的Km值分別為0.241、0.569 mmol·L-1，對TMB 的親和性低于CoMoO4NBs［27］和CWNSs［28］，但優于其它材料；而對H2O2的親和性優于其它材料。這主要是因為Fe7S8NFs具有片花結構、比表面積較大、表面帶有豐富的電荷，可以結合更多的底物分子。本研究中的Fe7S8NFs 對底物的最大反應速率（Vmax）不及Fe3O4@heparin［25］、FeMn DSA/N-CNTs［26］、CoMoO4NBs［27］，CWNSs［28］，但其制備簡單，成本低，且顯色結果能夠滿足比色檢測的需要，同樣具有較大的應用潛力。

表1 Fe7S8 NFs與其它納米材料反應動力學參數的比較Table 1 Comparison of kinetic parameters of Fe7S8 NFs with other nanomaterials

圖5 TMB（A）和H2O2（B）分別作為底物的Michaelis-Menten曲線和Lineweaver-Burk圖（插圖）Fig.5 Michaelis-Menten curves and Lineweaver-Burk diagrams（insert） of TMB（A） and H2O2（B） as substrate

2.4 Fe7S8 NFs類過氧化物酶催化機理探究

基于文獻報道［24］和上述實驗結果，推測Fe7S8NFs 可以催化H2O2生成羥基自由基（·OH），進而將無色的TMB溶液氧化成藍色的oxTMB溶液。為了驗證上述猜想，通過加入自由基清除劑分析Fe7S8NFs的催化顯色機理。據報道，EDTA、IPA、PBQ 可分別作為光生空穴（h+）、羥基自由基（·OH）、超氧自由基（·O2-）的自由基清除劑［30］。如圖6A 所示，在最佳實驗條件下分別加入EDTA 和IPA 后，“Fe7S8+TMB+H2O2”體系的溶液基本無色，吸收峰基本消失；然而在加入PBQ后，溶液顏色變淺，吸收峰強度下降，說明h+和·OH在催化顯色過程中起主要作用。通過EPR進一步檢測了該體系中的活性自由基，結果觀察到明顯的h+、·OH 信號，但·O2-的信號很弱（圖6B~D），再次驗證了h+和·OH 在反應體系中起主要作用，·O2-在催化反應中存在但作用較弱。上述實驗結果表明，Fe7S8NFs 優異的催化性能可能來源于其表面含有的豐富的Fe2+、Fe3+。雙價態鐵離子間的相互轉換可以促進催化反應中的電子轉移，由已有文獻［31］可知，酸性條件下Fe3+是催化H2O2分解產生·OH 的主要活性位點。因此，在酸性條件下，Fe7S8NFs表面的Fe3+催化H2O2產生·OH，具有強氧化能力的·OH奪取TMB的電子使之生成oxTMB，導致溶液由無色變為藍色，并在652 nm波長處檢測到明顯的吸收峰（圖6E），反應過程中產生的h+同樣對催化反應具有促進作用。

圖6 Fe7S8 NFs的類過氧化物酶催化機理探究Fig.6 Catalytic mechanism studies of Fe7S8 NFs

2.5 可視化比色檢測H2O2方法的建立及性能考察

基于Fe7S8NFs優異的類過氧化物酶活性，在最佳實驗條件下構建比色傳感方法對水體中H2O2的含量進行檢測。反應體系的吸光度值隨著H2O2濃度的增加而升高，溶液顏色也隨之變深（圖7A）。在0.001~9 mmol/L和9~70 mmol/L范圍內，H2O2濃度（x，mmol/L）與652 nm處的吸光度值（y）呈良好的線性關系，如圖7B~C 所示。對應的線性方程分別為y=0.123 18x+0.045 91 和y=0.005 37x+1.053 74，相關系數分別為r2=0.978 8 和r2=0.963 4，檢出限（LOD，S/N=3）分別為0.33 μmol/L 和3 mmol/L。與已報道的其它基于納米材料比色檢測H2O2的方法相比，所構建的“Fe7S8NFs +TMB”顯色體系的線性范圍更寬，檢出限較低（表2）。

表2 不同H2O2檢測方法的對比Table 2 Comparison of different methods for the detection of H2O2

圖7 652 nm處吸光度隨H2O2濃度的變化曲線（A）及對應的線性工作曲線（B~C），方法的抗干擾能力（D）Fig.7 The absorbance curve at 652 nm with diffirent concentrations of H2O2（A），corresponding linear calibration curves（B-C），and anti-interference ability of the method（D）inset A shows plots of the corresponding solutions for H2O2 concentration of 0.001-70 mmol/L

考察了500 mmol/L 的Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Al3+、Cu2+、Cl-、UA、Glu 為干擾物時對Fe7S8NFs+TMB 體系檢測50 mmol/L H2O2的影響。結果顯示，與未加入干擾物的體系相比，各干擾物存在時，體系在652 nm 處的吸光度變化均低于12%。表明上述干擾物對該體系檢測H2O2的結果幾乎無影響，說明所建立的方法用于H2O2檢測時具有良好的抗干擾能力（圖7D）。

2.6 智能手機可視化比色檢測H2O2方法的構建

為實現上述比色方法使用的便捷性，本研究制作了適用于手機拍照的小型便捷式暗箱裝置，通過將“Fe7S8+TMB+H2O2”反應體系與團隊開發的“Thing Identify”分析軟件集成，實現了實際水體中H2O2的智能手機可視化檢測。該暗箱裝置內部密封，可以提供穩定的內部光源，增強藍色圖像的顏色，最大程度地降低外部干擾，實現圖片結果色值的準確分析。具體檢測流程為：將顯色后的溶液過濾后加入到黑色96 孔板中，置于自制的拍照暗箱裝置，以智能手機的攝像頭作為檢測器獲得顯色結果照片。將該結果照片導入到“Thing Identify”分析軟件轉換為灰度值，構建灰度值（y）與H2O2濃度（x，mmol/L）的線性關系，在0.1～7 mmol/L H2O2濃度范圍內，得到線性方程y=-0.167x+37.207（r2=0.942）。具體軟件操作流程如圖8 所示。在軟件中保存該線性曲線，將實際樣品的顯色結果導入，軟件即可依據現存線性方程自動計算出實際樣品的濃度。智能手機可視化比色法更加便捷，相較于肉眼觀察，準確度更高；相較于儀器檢測，成本更低，便攜性更強。

圖8 智能手機可視化檢測H2O2軟件部分的操作流程Fig.8 The software part operation flow of the smart phone visualization detection of H2O2

2.7 實際水樣中H2O2的檢測

采用所建立的智能手機可視化比色檢測方法對實際自來水樣品進行檢測。通過標準加入法在實際自來水樣品中添加1.5、3、5 mmol/L 3個濃度的標準溶液，計算加標回收率，結果如表3所示。方法的加標回收率為92.6%~109%，相對標準偏差（RSD）為2.4%~4.0%，與紫外可見分光光度計（UV-Vis）測試所得的加標回收率（94.7%~118%）和RSD（1.1%~4.2%）結果接近。表明該手機智能可視化比色法可實現實際水樣中H2O2的檢測。

表3 實際水樣中H2O2的檢測及回收率（n=3）Table 3 Detection of H2O2 in actual water samples and recovery（n=3）

3 結 論

本文采用一步水熱法制備了Fe7S8納米花，通過SEM、HRTEM、XRD、XPS、BET、VSM 對其形態、結構和理化特性進行了系統表征?；贔e7S8NFs的高類過氧化物酶活性，結合智能手機的暗箱拍照裝置及“Thing Identify”色值分析軟件，開發了一種高靈敏性的H2O2可視化比色檢測方法，其檢測效果與UV-Vis光度計結果相當，表明智能手機比色法具有較好的可靠性和靈敏性，準確度和精密度較高。將智能手機、色值分析軟件與比色反應檢測相結合，具有操作簡單、靈敏度高、特異性好、可實現原位定量分析等優點，為H2O2的原位快速檢測提供了一種可靠的方法，同時也為便捷可視化手機傳感器的研發提供了新的思路。