[發(fā)明專利]光化學(xué)比色傳感器陣列用于多種重金屬離子檢測的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010540802.3
• 申請日: 2010-11-12
• 公開（公告）號: CN102466639A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮亮;關(guān)亞風(fēng);沈錚
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: G01N21/78
• 分類號: G01N21/78
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器，具體地說是一種光化學(xué)比色傳感器陣列用于水中多種痕量重金屬離子檢測的方法。?

背景技術(shù)

近年來，環(huán)境污染的及時預(yù)警和有效治理成為當前國家發(fā)展環(huán)節(jié)中極為重要的一環(huán)。一些有毒的重金屬被廣泛用于化工、醫(yī)藥等生產(chǎn)過程中后，最終大部分轉(zhuǎn)化為可溶性的陽離子鹽存在于自然界。世界衛(wèi)生組織（WHO）和美國環(huán)保局（EPA）都對水中重金屬離子污染物給予了高度的重視。我國也在新的《生活飲用水衛(wèi)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(guī)定，并制定了《污水綜合排放標準》，嚴格限制污水中重金屬離子的排放。?

國際上目前廣泛采用的重金屬離子定性定量檢測技術(shù)包括：原子吸收（AAS）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-AES）、電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）、陽極溶出伏安、X射線熒光光譜法、等離子體感應(yīng)光譜等。這些方法已能夠成功檢測水中痕量重金屬離子污染物，基于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(chǎn)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(xiàn)場采樣，然后送到實驗室進行離線分析，存在耗時，分析步驟復(fù)雜，分析儀器昂貴，采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(huán)境污染情形，以便迅速制定相應(yīng)的處理對策；并且具有多種形態(tài)的重金屬離子，其各化學(xué)形態(tài)之間往往處于動態(tài)平衡，繁瑣的樣品前處理（預(yù)分離、富集、衍生等）也會導(dǎo)致不同化學(xué)形態(tài)的重新分配，從而大大影響測定結(jié)果。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，有些采取浸潤含指示劑的有機溶液并晾干制得，未充分考慮指示劑的固定，導(dǎo)致試紙易脫色；另一些采用在制造試紙過程中將指示劑與紙漿混合進行制備，制作過程繁瑣，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(shè)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(yīng)時的相互干擾。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種光化學(xué)比色傳感器陣列用于水中多種痕量重金屬離子檢測的方法。?

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：?

固定指示劑的用于重金屬離子檢測的傳感膜，修飾有不同重金屬離子指示劑的傳感膜采用硅膠溶膠凝膠法固定指示劑，具體按如下過程制備：

四乙氧基硅烷：甲基三乙氧基硅烷：異丙醇：催化劑（0.1?M鹽酸或硝酸）：水以1：0－0.5：1－2：0.003－1：10－50摩爾比混合，常溫下水解5?－7小時，得溶膠；將10－80?mg重金屬離子指示劑加入到5?mL上述合成的溶膠中，攪拌溶解，采用勻速提拉（提拉速度=2－15?mm/s）制膜方式，將溶有重金屬離子指示劑的溶膠凝膠均勻涂覆于硝酸-醋酸混合纖維素酯膜上（φ=3±0.2?μm），氮氣保護下室溫干燥；得用于重金屬離子檢測的傳感膜；

所述傳感膜在重金屬離子檢測中的應(yīng)用，采用比色法測定，

1）流通池的設(shè)計：流通池由有機玻璃材料制成，底部嵌有透明玻璃視窗，用于彩色成像設(shè)備對傳感膜顏色變化的采集。傳感膜經(jīng)流通池上下腔體“三明治”式地夾在流通池中間，樣品溶液經(jīng)蠕動泵泵入有機玻璃底座的流通池下方腔體后，在蠕動泵的壓力下，透過傳感膜，經(jīng)流通池上方腔體后流出。

2）“指紋圖譜”的建立：將含有重金屬離子指示劑的傳感膜分別置于其相對應(yīng)的并行排布，卻彼此獨立的單個流通池中，通過蠕動泵將50?mL含有國標污水排放標準濃度下的重金屬離子標準溶液[汞（0.05?mg/L），鉛（1?mg/L），鎘(0.1?mg/L)，銀(0.5?mg/L)，砷(0.5?mg/L)，鎳(1?mg/L)，銅(1?mg/L)，或鋅(2?mg/L)]泵入各個流通池，進行多通道分析。溶液透過膜后，重金屬離子被不斷富集，并與各個通道膜上的不同指示劑反應(yīng)，導(dǎo)致指示劑發(fā)生顏色的變化。?

采用CCD、數(shù)碼相機或掃描儀等彩色成像設(shè)備提取各個指示劑反應(yīng)前后的顏色，通過Photoshop^TM等軟件對指示劑與重金屬離子反應(yīng)前后膜上產(chǎn)生的顏色進行數(shù)字化處理，得到指示劑反應(yīng)前后圖像對應(yīng)的RGB值，將反應(yīng)后圖像的RGB值減去反應(yīng)前圖像的RGB值，提取“差減圖像”的ΔR，ΔG，和ΔB值，然后按ΔR，ΔG，ΔB值還原對應(yīng)的顏色圖像，為各個重金屬離子在國標污水排放標準濃度下建立其對應(yīng)的“指紋圖譜”。?