[發明專利]濾紙為基礎比色傳感器陣列用于痕量重金屬離子檢測方法

有效

• 申請號: 201210272015.4
• 申請日: 2012-08-01
• 公開（公告）號: CN103575728A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 馮亮;關亞風;李笑;李慧
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 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

技術領域

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于水中多種痕量重金屬離子檢測的方法。

背景技術

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，因而水資源的污染問題成為環境領域的熱點問題之一。在眾多水污染中，重金屬污染占了相當大的比重，鑒于其具有易被生物富集、有生物放大效應、毒性大等特點，因此水中重金屬污染的及時預警，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。

一些重金屬通過礦山開采、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污染及地質侵蝕、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于自然界中。世界衛生組織（WHO）和美國環保局（EPA）都對水中重金屬離子污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，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。

目前針對水中重金屬污染治理的研究已經日益成熟，國際上廣泛采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射線熒光光譜法、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，且一般在現場采樣，然后送到實驗室進行離線分析，存在耗時，分析步驟復雜，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，需要及時知道環境污染情形，以便迅速制定相應的處理對策；并且具有多種形態的重金屬離子，其各化學形態之間往往處于動態平衡，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。

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干擾。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污染物對指示劑的相互交叉干擾問題的最佳方式之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以濾紙為基礎的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。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

1）傳感器陣列的制備：使用噴蠟式打印機在定量濾紙上繪制通道，固體蠟印經烘箱高溫加熱后熔化，從試紙表面滲透至背面，借由蠟的疏水作用，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；

2）指紋圖譜的建立：將待檢測重金屬離子標準溶液（5x10^-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；借助于通道后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，通過采集檢測試紙上指示劑暴露在各種不同重金屬離子前后的顏色變化，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”；