濾紙為基礎比色傳感器陣列用於痕量重金屬離子檢測方法
2023-09-16 06:04:45 2
濾紙為基礎比色傳感器陣列用於痕量重金屬離子檢測方法
【專利摘要】本發明為一種比色傳感器陣列用於多種痕量重金屬離子檢測的方法：藉助噴蠟式印表機在定量濾紙上繪製出特有的親水通道，將幾種重金屬離子指示劑分別固定於各個親水通道中構成指示劑陣列，並在每個通道後端接以固定有高分子吸水材料的吸水單元，重金屬離子溶液經由親水通道與指示劑反應，同時藉助於後端高分子材料的吸水作用，使得重金屬離子溶液得以不斷流經指示劑，富集反應，從而達到對水中八種痕量重金屬離子含量進行半定量測定的目的。用彩色成像設備採集指示劑在不同重金屬離子前後的顏色變化，構建每種重金屬離子的「指紋圖譜」。測試過程中用數理統計方法，將樣品圖譜與「指紋圖譜」庫對照，從而對未知的重金屬離子進行定性或半定量的分析。
【專利說明】濾紙為基礎比色傳感器陣列用於痕量重金屬離子檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及傳感器，具體地說是一種以濾紙為基礎的比色傳感器陣列用於水中多種痕量重金屬離子檢測的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，全球工業經濟的迅猛發展而帶來的一系列環境問題給生態系統平衡以及人類健康造成了嚴重危害，已經引起大家的普遍關注。水是人類的生命之源，它與自然界和人類的和諧統一發展息息相關，因而水資源的汙染問題成為環境領域的熱點問題之一。在眾多水汙染中，重金屬汙染佔了相當大的比重，鑑於其具有易被生物富集、有生物放大效應、毒性大等特點，因此水中重金屬汙染的及時預警，快速分析檢測和有效治理對人類健康以及水資源的有效利用變得尤為重要。
[0003]一些重金屬通過礦山開採、金屬冶煉加工、化工廢水的排放、農藥化肥的濫用，生活垃圾的棄置等人為汙染及地質侵蝕、風化等天然源形式進入水中，最終大部分轉化為可溶性的陽離子鹽而廣泛存在於自然界中。世界衛生組織(WHO)和美國環保局(EPA)都對水中重金屬離子汙染物給予了高度的重視。我國也在新的《生活飲用水衛生標準》中對日常飲用水中重金屬離子的含量進行了明確規定，並制定了《汙水綜合排放標準》，嚴格限制汙水中重金屬離子的排放。
[0004]目前針對水中重金屬汙染治理的研究已經日益成熟，國際上廣泛採用的重金屬離子定性定量檢測技術包括原子吸收(AAS)、電感耦合等離子體發射光譜(ICP-AES)、電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)、陽極溶出伏安、X射線螢光光譜法、等離子體感應光譜等。這些方法已能夠成功檢測水中痕量重金屬離子汙染物，基於這些方法的各種重金屬離子檢測儀也已商品化，如美國Trace Detect公司的Safe Guard, Yield Guard等系列產品。然而,上述諸多方法普遍成本較高，需要大型儀器和熟練的操作人員，且一般在現場採樣，然後送到實驗室進行離線分析，存在耗時，分析步驟複雜，分析儀器昂貴，採樣頻率低以及樣品不易保存等缺點。在有些情況下，需要及時知道環境汙染情形，以便迅速制定相應的處理對策；並且具有多種形態的重金屬離子，其各化學形態之間往往處於動態平衡，繁瑣的樣品前處理(預分離、富集、衍生等)也會導致不同化學形態的重新分配，從而大大影響測定結果。
[0005]面對這些難題，最理想的解決方法就是原位實時檢測。目前市面上有一些商品化的重金屬離子檢測試紙，有些採取浸潤含指示劑的有機溶液並晾乾製得，未充分考慮指示劑的固定，導致試紙易脫色；另一些採用在製造試紙過程中將指示劑與紙漿混合進行製備，製作過程繁瑣，且檢測靈敏度不甚理想。除去簡單的目視比色外，目前市面已有進口的光譜比色儀，但這些比色設備多僅僅只能對一種指示劑進行評估，不能消除多種樣品對同一指示劑同時響應時的相互幹擾。這其中，光化學比色方法因其操作簡便，成本低廉而受到科學家們的廣泛青睞，而陣列式分析則成為解決不同重金屬離子汙染物對指示劑的相互交叉幹擾問題的最佳方式之一。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於提供一種以濾紙為基礎的比色傳感器陣列用於水中多種痕量重金屬離子檢測的方法。
[0007]為實現上述目的，本發明採用的技術方案為:
[0008]I)傳感器陣列的製備:使用噴蠟式印表機在定量濾紙上繪製通道，固體蠟印經烘箱高溫加熱後熔化，從試紙表面滲透至背面，藉由蠟的疏水作用，隔離出相對應的從中心向外擴散的親水通道。指示劑通過聚合物固定在親水通道的中心部位，親水通道末端固定高分子吸水材料；
[0009]2)指紋圖譜的建立:將待檢測重金屬離子標準溶液(5xlO_5mol/L汞、鉛、鎘、銀、鈷、鎳、銅或鋅)加入到已固定好指示劑的傳感器陣列的中心加樣區，溶液從中心沿著不同的親水通道迅速均勻擴散開，隨之通過指示劑；藉助於通道後端高分子吸水材料的吸水作用，溶液能沿著親水通道源源不斷地從中心加樣區流經指示劑，不斷富集反應；
[0010]傳感器陣列濾紙底部設有彩色成像設備，通過採集檢測試紙上指示劑暴露在各種不同重金屬離子前後的顏色變化，將2種或2種以上指示劑顏色變化對應的紅、綠、藍(RGB)色光譜值構建每種重金屬離子的「指紋圖譜」;
[0011]3)數理統計:將傳感器陣列對不同重金屬離子在5X10-5mol/L濃度下的顏色變化數位化並構建相應的「指紋圖譜」後，為減少樣本偏差，對每種重金屬離子重複5次對應實驗，將所有待測重金屬離子5xlO_5mol/L標準濃度下對應的每組實驗的AR，AG, Λ B值構建矩陣，米用多維變量統計軟體包(Matlab, MVSP (Mult1-Variate Statistic Package)或SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)等統計軟體,將矩陣導入軟體後，在軟體中採用聚類分析或主成分分析等數理統計方法對結果進行歸類；對於未知樣本，結合已有指紋圖譜庫及聚類分析後的結果，進行歸一化，由未知樣本歸一的類別判定其為何種重金屬離子，由指紋圖譜色差強弱判定是否超出5X10-5mol/L的標準濃度。在一定條件下，還可對未知樣本進行半定量的濃度分析。
[0012]具體為:
[0013]一種以濾紙為基礎的比色傳感器陣列用於多種痕量重金屬離子檢測的方法，所述傳感器包括彼此相互獨立的呈圓環狀結構分布的吸水池，親水通道，以及重金屬離子螯合劑，
[0014]使用噴蠟式印表機於定量濾紙上繪製出親水通道，分別將不同的重金屬離子指示劑固定在對應通道的相同位置上；以固定在定量濾紙上的重金屬離子指示劑為傳感材料，構建傳感器陣列；在每個親水通道後端接以固定有高分子吸水材料的吸水單元，重金屬離子溶液經由親水通道與指示劑反應，同時藉助於後端高分子材料的吸水作用，使得重金屬離子溶液得以不斷流經指示劑，發生富集，提升指示劑檢測靈敏度；顏色變化通過彩色成像設備進行採集比較。
[0015]I)傳感器陣列的製備:使用噴蠟式印表機在定量濾紙上繪製出線寬0.25-1.25磅，線長0.4-1.5cm的疏水隔離帶若干條,置於80-150°C烘箱內加熱20-60min ;試紙上的固體蠟印受熱後熔化，從試紙表面滲透至背面，從而形成多條親水性的通道。將聚乙烯醇縮丁醛:磷酸三辛酯:聚乙二醇-400以30-75mg:200-280mg:75-200mg質量比混合溶於3-lOmL無水乙醇中，常溫下震蕩混勻1-1.5小時，得聚合物溶液；以2-6mg/L比例將各種重金屬離子指示劑加入到上述合成的聚合物中，攪拌溶解，採用毛細管(0.2uL)點樣方式，將溶有重金屬離子指示劑的聚合物溶液均勻固定於檢測試紙的通道上(φ介於20-25 μ m)，氮氣保護下室溫乾燥；得用於重金屬離子檢測的檢測試紙；親水通道末端固定高分子吸水材料；
[0016]2)指紋圖譜的建立:將待檢測重金屬離子標準溶液(5xlO_5mol/L汞、鉛、鎘、銀、鈷、鎳、銅或鋅)加入到已固定好指示劑的傳感器陣列的中心加樣區，溶液從中心沿著不同的親水通道迅速均勻擴散開，隨之通過指示劑；藉助於通道後端高分子吸水材料的吸水作用，溶液能沿著親水通道源源不斷地從中心滴液處流經指示劑，不斷富集反應；
[0017]傳感器陣列濾紙底部設有彩色成像設備，通過採集檢測試紙上指示劑暴露在各種不同重金屬離子前後的顏色變化，將2種或2種以上指示劑顏色變化對應的紅、綠、藍(RGB)色光譜值構建每種重金屬離子的「指紋圖譜」;
[0018]3)未知重金屬離子水溶液樣品測試過程:
[0019]按照步驟I) -2)進行操作，不同之處在於，步驟2)重金屬離子水溶液為未知重金屬離子水溶液樣品；
[0020]將其顏色變化對應的紅、綠、藍(RGB)色光譜值構建樣品的圖譜:採用掃描儀彩色成像設備提取各個指示劑反應前後的顏色，通過Photoshop軟體對指示劑與重金屬離子反應前後膜上產生的顏色進行數位化處理，得到指示劑反應前後圖像對應的RGB值，將反應後圖像的RGB值減去反應前圖像的RGB值，提取「差減圖像」的AR，AG，和Λ B值，然後按AR, AG, Λ B值還原對應的顏色圖像，為未知重金屬離子水溶液建立其對應的「指紋圖譜」；
[0021]在樣品測試過程後，採用數理統計方法，運用Matlab, MVSP (Mult1-VariateStatistic Package)或 SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)統計分析軟體，將樣品的圖譜數據與「指紋圖譜」庫的資料庫相對照，從而對未知的重金屬離子進行定性或半定量的分析。
[0022]所述傳感器陣列基質材料為親水定量濾紙。
[0023]所述親水通道由噴蠟印表機列印，並熱熔滲透到濾紙中構成。
[0024]所述彩色成像設備為(XD、數位相機或掃描儀。
[0025]所述數理統計是將圖像數位化後對數據聚類分析或主成分分析方法。
[0026]在樣品測試過程後，提取指示劑與重金屬離子反應前後的圖像，選定均一的特定區域，求得其對應的色彩平均RGB值，將直觀的圖像數位化，並進行差減；
[0027]指示劑與重金屬離子反應後所產生的顏色變化能夠通過數位化的形式反映出來，為定量與半定量分析提供依據，同時有利於資料庫的數理統計分析，為每種重金屬離子構建與之對應的「指紋圖譜」。
[0028]由圖像顏色變化構建的資料庫進行數理統計分析，採用一種聚類分析或主成分分析用於數據歸一化的方法，進行分類。
[0029]所述重金屬離子指示劑為2_(3，5- 二溴-2-吡啶偶氮)_5_ 二乙氨基酚，I, 3_ 二氨基-4-(5-溴-2-卩比唳偶氮)苯，2_(5_溴-2-卩比卩定偶氮)-5-(二乙胺基)苯酌., 4- (5-氯-2-批唳偶氮)_1, 3-苯二氨，4- (3, 5- 二溴-2-卩比唳偶氮)-1, 3-苯二氨，2- (5-溴-2-卩比唳偶氮)-5-[N，N-二甲基]苯酹，1-吡啶偶氮-2-萘酹，4- (2-吡啶偶氮)間苯二酚；
[0030]定量濾紙為無灰級濾紙，孔徑φ介於20-25 μ m。
[0031]所述傳感器陣列中具有多種重金屬離子指示劑，每種重金屬離子可能在其它非特異性指示劑上也有響應，因此可以形成相對應的指紋響應譜，而不僅僅只是一種指示劑響應；增加了傳感器的響應維度，有效排除了不同重金屬離子對同一種指示劑響應的相互幹擾；
[0032]提取指示劑與重金屬離子反應前後的圖像，選定均一的特定區域，求得其對應的色彩平均RGB值，將直觀的圖像數位化，並進行差減。
[0033]所述的高分子吸水材料能夠讓樣品溶液源源不斷地流過固定有指示劑的檢測試紙通道。重金屬離子在流經指示劑的同時，能夠被富集，並與指示劑充分接觸反應，加速其反應動力學過程。
[0034]所述數理統計分析為未知樣品的合理歸類提供理論支持。
[0035]本發明具有如下優點:
[0036]1.噴蠟式印表機在親水定量濾紙上繪製出疏水隔離帶，蠟經受熱熔化後滲入濾紙背面，隔離溶液，形成親水通道。
[0037]2.高分子吸水材料讓樣品溶液不斷通過固定有指示劑的親水通道。重金屬離子能夠在不斷通過指示劑過程中被有效富集，並與指示劑充分接觸，加速了指示劑與重金屬離子的反應動力學過程。
[0038]3.多種重金屬離子指示劑構成傳感器陣列，每個重金屬離子有其相對應的指紋譜，而不僅僅只是一個指示劑響應。
[0039]4.指示劑與重金屬離子反應後所產生的顏色變化能夠通過數位化的形式反映出來，為定量與半定量分析提供基礎，同時有利於資料庫的數理統計分析，為每種重金屬離子構建與之對應的指紋圖譜。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0040]圖1為傳感器陣列的設計，樣品溶液由定量濾紙(101)中心加樣區(201)沿著八條不同的親水通道(301)迅速均勻擴散開，流經指示劑(401)，直至被後端吸水單元(501)內高分子吸水材料(601)不斷地累積吸收。吸水設備底部為透明玻璃視窗，成像系統經由溶液透過檢測試紙的方向取像。
[0041]圖2為比色傳感器陣列對8種重金屬離子在5xlO_5mol/L濃度的響應(為便於觀察，顏色範圍從4-35擴展到0-255)。
[0042]所產生的顏色變化經由Photoshop?軟體按同等比例增強後顯示在圖中。該軟體處理僅為展示顏色變化的強弱，並不影響各重金屬離子數位化後「指紋圖譜」的數值。從圖中可明顯看出，8種重金屬離子分別顯示了其獨有的「指紋圖譜」，為其有效進行區分奠定了基礎。
[0043]圖3為比色傳感器陣列對8種重金屬離子在5xlO_5mol/L濃度響應的聚類分析。每種重金屬離子進行5次平行試驗，傳感器優良的重現性確保了同一種重金屬離子的5組平行試驗很好地歸為一類；同時，建立在各重金屬離子數位化後「指紋圖譜」的資料庫基礎上，多維度的響應使得8種重金屬離子彼此得以有效區分。
【具體實施方式】
[0044]一種以濾紙為基礎的比色傳感器陣列用於多種痕量重金屬離子檢測的方法，所述傳感器包括彼此相互獨立的呈圓環狀結構分布的吸水池，親水通道，以及重金屬離子螯合劑。
[0045]使用噴蠟式印表機於定量濾紙上繪製出親水通道，分別將不同的重金屬離子指示劑固定在對應通道的相同位置上；以固定在定量濾紙上的重金屬離子指示劑為傳感材料，構建傳感器陣列；在每個親水通道後端接以固定有高分子吸水材料的吸水單元，重金屬離子溶液經由親水通道與指示劑反應，同時藉助於後端高分子材料的吸水作用，使得重金屬離子溶液得以不斷流經指示劑，發生富集，提升指示劑檢測靈敏度；顏色變化通過彩色成像設備進行採集比較。
[0046]標準「指紋圖譜」庫的建立:
[0047]I)固定指示劑的用於重金屬離子檢測的傳感器陣列試紙，具體製備過程如下:
[0048]使用噴蠟式印表機在定量濾紙上繪製出線寬I磅，線長0.6cm的疏水隔離帶16條，置於120°C烘箱內加熱30min ;試紙上的固體蠟印受熱後熔化，從試紙表面滲透至背面，從而形成多條親水性的通道。
[0049]將聚乙烯醇縮丁醛:磷酸三辛酯:聚乙二醇-400以30mg:200mg:75mg質量比混合溶於5mL無水乙醇中，常溫下震蕩混勻I小時，得聚合物溶液；將不同質量重金屬離子指示劑[2- (3, 5- 二溴_2_吡唳偶氮)-5_ 二乙氨基酌'(41]?), I, 3- 二氨基-4- (5-溴-2-吡唳偶氮)苯(2mg)，2- (5-溴-2-吡啶偶氮)-5- (二乙胺基)苯酚(2mg)，4-(5_氯-2-吡啶偶氮)_1, 3-苯二氨(4mg), 4- (3，5- 二溴 ~2~ 吡唳偶氮)-1，3-苯二氨(4mg), 2-(5-溴 ~2~ 批啶偶氮)-5_[N，N- 二甲基]苯酚(4mg)，1-吡啶偶氮-2-萘酹(4mg)，4- (2-吡啶偶氮)間苯二酚(4mg)]分別加入到ImL上述合成的聚合物溶液中，攪拌溶解，採用毛細管(0.2uL)點樣方式，將溶有重金屬離子指示劑的聚合物溶液均勻固定於檢測試紙的八條通道上(φ介於20-25 μ m)，氮氣保護下室溫乾燥；得用於重金屬離子檢測的檢測試紙；
[0050]2)比色讀取:在·吸水池中塞入高分子吸水材料，並用膠水使高分子吸水材料與檢測試紙能夠緊密貼合；分別在檢測試紙中心滴液處累積加入SOOuL濃度為5X10_5mol/L汞、鉛、鎘、銀、鈷、鎳、銅、鋅八種重金屬離子標準溶液，溶液由檢測試紙中心沿著八條不同的「親水」通道迅速均勻擴散開，流經指示劑，被後端吸水池內高分子吸水材料不斷的累積吸收，各個通道的不同指示劑與重金屬離子富集反應後分別產生不同顏色變化，通過掃描儀讀取。
[0051]3)通過Photoshop軟體分析各指示劑顏色變化前後的RGB值,將反應後的指示劑RGB值減去反應前的RGB值，得到差值圖像的AR，AG，Λ B值。然後按AR』 AG, Λ B值還原對應的顏色圖像，為各個重金屬離子在5X10_5mol/L濃度下建立其對應的「指紋圖譜」。對每種重金屬離子重複5次對應實驗，將所有待測金屬在5X10_5mOl/L濃度下對應的每組實驗的AR，AG, Λ B值構建矩陣，採用多維變量統計軟體包MVSP (Mult1-Variate StatisticPackage)統計軟體，將矩陣導入軟體後，在軟體中採用聚類分析數理統計方法對結果進行歸類，得到重金屬離子在5X10_5mOl/L濃度下的聚類分析資料庫。
[0052]未知樣本的測定:
[0053]取其中一種重金屬離子作為待測樣品，按其在5xlO_5mol/L濃度左右配置未知樣本溶液。
[0054]I)固定指示劑的用於重金屬離子檢測的傳感器陣列試紙，具體製備過程如下:[0055]使用噴蠟式印表機在定量濾紙上繪製出線寬I磅，線長0.6cm的疏水隔離帶16條，置於120°C烘箱內加熱30min ;試紙上的固體蠟印受熱後熔化，從試紙表面滲透至背面，從而形成多條親水性的通道。
[0056]將聚乙烯醇縮丁醒:磷酸三辛酯:聚乙二醇-400以30mg:200mg:75mg質量比混合溶於5mL無水乙醇中，常溫下震蕩混勻I小時，得聚合物溶液；將不同質量重金屬離子指示劑[2- (3, 5- 二溴_2_吡唳偶氮)-5_ 二乙氨基酌'(41]?), I, 3- 二氨基-4- (5-溴-2-吡唳偶氮)苯(2mg)，2- (5-溴-2-吡啶偶氮)-5- (二乙胺基)苯酚(2mg)，4-(5_氯-2-吡啶偶氮)_1, 3-苯二氨(4mg), 4- (3，5- 二溴 ~2~ 吡唳偶氮)-1，3-苯二氨(4mg), 2-(5-溴 ~2~ 批啶偶氮)-5_[N，N- 二甲基]苯酚(4mg)，1-吡啶偶氮-2-萘酚(4mg)，4_ (2-吡啶偶氮)間苯二酚(4mg)]分別加入到ImL上述合成的聚合物溶液中，攪拌溶解，採用毛細管(0.2uL)點樣方式，將溶有重金屬離子指示劑的聚合物溶液均勻固定於檢測試紙的八條通道上(屮介於20-25 μ m)，氮氣保護下室溫乾燥；得用於重金屬離子檢測的檢測試紙； [0057]2)比色讀取:在吸水池中塞入高分子吸水材料，並用膠水使高分子吸水材料與檢測試紙能夠緊密貼合；檢測試紙中心滴液處累積加入SOOuL未知重金屬離子濃度的溶液，溶液由檢測試紙中心沿著八條不同的「親水」通道迅速均勻擴散開，流經指示劑，被後端吸水池內高分子吸水材料不斷的累積吸收，各個通道的不同指示劑與重金屬離子富集反應後分別產生不同顏色變化，通過掃描儀讀取。
[0058]3)通過Photoshop軟體分析各指示劑顏色變化前後的RGB值,將反應後的指示劑RGB值減去反應前的RGB值，得到差值圖像的AR，AG，Λ B值。然後按AR』 AG, Λ B值還原對應的顏色圖像，為未知樣本建立其對應的「指紋圖譜」。將該指紋圖譜的AR，AG，Λ B值代入矩陣，採用多維變量統計軟體包MVSP (Mult1-Variate Statistic Package)統計軟體，在軟體中採用聚類分析數理統計方法對結果進行歸類，得到該重金屬離子的定性及半定量信息。
[0059]本發明藉助彩色噴蠟式印表機在定量濾紙上繪製出親水通道，將幾種重金屬離子指示劑分別固定其中而構成陣列，並在通道後端接以塞有高分子吸水材料的吸水設備，從而達到在10分鐘內可對水中汞、鉛、鎘、銀、鈷、鎳、銅、鋅等多種痕量重金屬離子含量通過不斷地累積，進行快速半定量的測定。該傳感器陣列用彩色成像設備採集指示劑暴露在各種不同重金屬離子前後的顏色變化，將其顏色變化對應的紅、綠、藍(RGB)色光譜值構建每種重金屬離子的「指紋圖譜」。在樣品測試過程中，採用聚類分析以及主成分分析等數理統計方法，將樣品的圖譜與「指紋圖譜」庫對照，從而對未知的重金屬離子進行定性或半定量的分析。本方法包括親水通道的繪製、吸水設備的設計、色差的提取、以及數據的數理統計三步。彩色噴蠟式印表機在檢測試紙上繪製出重金屬離子溶液的專一性親水通道；獨特設計的吸水裝置能夠讓重金屬樣品溶液在不斷通過固定有指示劑的「輸水」通道時被有效富集，提高了指示劑與重金屬離子反應的機率；相互獨立的多條疏水通道陣列避免了彼此間的幹擾；重金屬離子被富集後，與指示劑發生顯色反應，其顏色變化經成像設備採集，並數位化，為定量或半定量測定提供依據，並能對肉眼無法觀察到的細小色差進行辨別，進一步提升傳感器的檢測靈敏度。
【權利要求】
1.濾紙為基礎比色傳感器陣列用於痕量重金屬離子檢測方法，其特徵在於: 使用噴蠟式印表機於定量濾紙上繪製出親水通道，分別將2種或3種以上不同的重金屬離子指示劑固定在對應通道的與中心加樣區相等距離的位置上；以固定在定量濾紙上的重金屬離子指示劑為傳感材料，構建傳感器陣列；在每個親水通道末端連接有含高分子吸水材料的吸水單元，重金屬離子溶液經由親水通道與指示劑反應，同時藉助於末端高分子材料的吸水作用，使得重金屬離子溶液得以不斷流經指示劑，發生富集，提升指示劑檢測靈敏度；顏色變化通過彩色成像設備進行採集比較； 1)傳感器陣列的製備: 使用噴蠟式印表機在定量濾紙上繪製通道，固體蠟印經烘箱高溫加熱後熔化，從試紙表面滲透至背面，藉由蠟的疏水作用，隔離出相對應的從中心向外擴散的親水通道；指示劑通過聚合物固定在親水通道的中間部位，親水通道遠離中心加樣區的末端固定有高分子吸水材料； 所述傳感器陣列設置於濾紙上，包括中心加樣區和親水通道，中心加樣區為蠟列印的封閉圓形，親水通道與之相連處未打蠟，樣品溶液可由中心加樣區直接擴散到各個親水通道；親水通道為2條或2條以上，且長度相同； 2)指紋圖譜的建立:將待檢測重金屬離子標準溶液加入到已固定好指示劑的傳感器陣列中心加樣區，溶液從中心沿著不同的親水通道迅速均勻擴散開，隨之通過指示劑；藉助於通道後端高分子吸 水材料的吸水作用，溶液能沿著親水通道源源不斷地從中心加樣區流經指示劑，不斷富集反應； 傳感器陣列濾紙底部設有彩色成像設備，如掃描儀，數位相機等，通過採集檢測試紙上指示劑暴露在各種不同重金屬離子前後的顏色變化，將2種或2種以上指示劑顏色變化對應的紅、綠、藍(RGB)色光譜值構建每種重金屬離子的「指紋圖譜」； 重金屬離子標準溶液為5X10_5mOl/L汞、鉛、鎘、銀、鈷、鎳、銅或鋅的水溶液； 3)未知重金屬離子水溶液樣品測試過程: 按照步驟I) -2)進行操作，不同之處在於，步驟2)重金屬離子水溶液為未知重金屬離子水溶液樣品； 將其顏色變化對應的紅、綠、藍(RGB)色光譜值構建樣品的圖譜:採用彩色成像設備提取各個指示劑反應前後的顏色，通過Photoshop軟體對指示劑與重金屬離子反應前後膜上產生的顏色進行數位化處理，得到指示劑反應前後圖像對應的RGB值，將反應後圖像的RGB值減去反應前圖像的RGB值，提取「差減圖像」的AR，AG，和Λ B值，然後按AR，AG, Λ B值還原對應的顏色圖像，為未知重金屬離子水溶液建立其對應的「指紋圖譜」; 在樣品測試過程後，採用數理統計方法，運用Matlab, MVSPCMult1-Variate StatisticPackage)或 SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)統計分析軟體,將樣品的圖譜數據與「指紋圖譜」庫的資料庫相對照，從而對未知的重金屬離子進行定性或半定量的分析。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述傳感器陣列基質材料濾紙為親水定量濾紙。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述親水通道由噴蠟印表機列印，並熱熔滲透到濾紙中構成。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述彩色成像設備為CCD、數位相機或掃描儀。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述數理統計是將圖像數位化後對數據聚類分析或主成分分析方法。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:在樣品測試過程後，提取指示劑與重金屬離子反應前後的圖像，選定均一的特定區域，求得其對應的色彩平均RGB值，將直觀的圖像數位化，並進行差減； 指示劑與重金屬離子反應後所產生的顏色變化能夠通過數位化的形式反映出來，為定量與半定量分析提供依據，同時有利於資料庫的數理統計分析，為每種重金屬離子構建與之對應的「指紋圖譜」； 對由圖像顏色變化構建的資料庫進行數理統計分析，採用一種聚類分析或主成分分析用於數據歸一化的方法，進行分類。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述重金屬離子指示劑為2-(3，5-二溴-2-吡唳偶氮)-5_ 二乙氨基酌.，I, 3- 二氨基-4_( 5-溴-2-吡唳偶氮)苯，2_(5_溴-2-批唳偶氮)_5_ (二乙胺基)苯酌.，4-(5-氯-2-吡唳偶氮)-1，3-苯二氨，4- (3, 5- 二溴-2-批唳偶氮)_1，3-苯二氨，2-(5-溴-2-吡啶偶氮)-5-[N, N- 二甲基]苯酌., 1-吡啶偶氮-2-萘酚，4- (2-吡啶偶氮)間苯二酚中的2種或3種以上； 定量濾紙為無灰級濾紙，孔徑Φ介於20-25 μ m。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於: 所述傳感器陣列設置於濾紙上，中心加樣區為圓形，遠離中心加樣區的親水通道末端連接有含高分子吸水材料的圓形吸水池，親水通道於中心加樣區四周均勻分布，使吸水池彼此相互獨立、呈圓環狀結構分布於中心加樣區四周； 吸水池中填充有高分子吸水材料，構成吸水單元。
【文檔編號】G01N21/78GK103575728SQ201210272015
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月1日 優先權日:2012年8月1日
【發明者】馮亮, 關亞風, 李笑, 李慧 申請人:中國科學院大連化學物理研究所