[發(fā)明專利]一種重金屬元素含量的快速成像化檢測方法和裝置

在審

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• 申請日: 2015-07-15
• 公開（公告）號: CN105021604A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發(fā)明（設計）人: 鄒小波;黃曉瑋;石吉勇;趙杰文;趙鐳;李志華;朱瑤迪
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01N21/78
• 分類號: G01N21/78
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及重金屬含量的檢測技術領域，尤其涉及一種顯色劑成像化技術的重金屬含量檢測方法。

背景技術

重金屬是指密度大于5g/cm³的金屬元素。重金屬污染指由重金屬或其化合物造成的環(huán)境污染。重金屬元素在人體內的含量超過一定量時都會引起人體中毒甚至死亡。近年來，隨著采礦、冶煉、加工業(yè)的發(fā)展以及廢水、廢氣、廢渣等的排放量增多，造成了汞、鉛、鎘、鈷等重金屬元素進入大氣、水、土壤中，引起了嚴重的環(huán)境污染。重金屬離子進入環(huán)境或生態(tài)系統后又會存留、積累和遷移而造成危害。

目前常用的檢測重金屬含量的方法主要有：原子熒光光度法，高效液相色譜法，免疫分析法和生物傳感器法。這些方法均能夠準確檢測出樣品中的重金屬含量，但是各具有一些不足之處。原子熒光光度法線性范圍較寬，選擇性差，目前只能應用于砷、銻、秘、硒、磅、鍺、錫、鉛；高效液相色譜法對配體要求嚴格，給檢測帶來了局限性；免疫分析法的局限性在于金屬離子單克隆抗體的制備非常困難；生物傳感器法的檢測必須在純凈的溶液里進行，很難用于實際樣品的檢測。

卟啉類試劑是一種高靈敏顯色劑，其大環(huán)結構中由四個氮原子構成了有一定空間位置和一定配位能力的配位環(huán)境。該配位環(huán)境幾何構型嚴密，凡是大小和幾何構型合適的金屬離子均可與氮原子配位，形成穩(wěn)定的絡合物。酞菁是由四個異吲哚單元組成的平面大環(huán)共軛體系，與卟啉一樣，酞菁因為其特有的18電子共軛大環(huán)體系，其中心的空穴可以與多種金屬相配位。卟啉、酞菁分子都具有以下幾個特點：(1)?具有特殊的二維共軛π-電子結構。(2)?對光、熱具有較高的穩(wěn)定性。(3)?分子結構具有多樣性，易裁剪性。分子可以衍生出多種多樣的取代配體，可以依據合成目標對配體進行設計、裁剪和組裝。(4)?配位能力很強，它幾乎可以和元素周期表中所有的金屬元素發(fā)生配位，形成配合物。卟啉和酞菁分子易于重金屬離子發(fā)生配位，分子結構發(fā)生變化，同時顏色也會發(fā)生變化這一特定，而且這個變化在短時間內即可發(fā)生，形成的新的分子結構穩(wěn)定，通過顯色劑顏色的變化直觀的定性定量檢測痕量重金屬，因此可以實現痕量重金屬的快速成像化檢測。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種重金屬離子的快速檢測方法。

為了解決以上技術問題，本發(fā)明利用卟啉或酞菁類試劑與樣本反應后的響應信號，通過分析顯色劑顏色的變化檢測樣本中重金屬元素的含量，并實現現場重金屬元素含量的成像化檢測方法和裝置，采用的具體技術方案如下：

一種重金屬離子的快速成像化鑒別方法，按照下述步驟進行：

（1）顯色劑空白標準圖譜的建立：顯色劑溶液配制參考常規(guī)方法，用溶劑溶解顯色劑，配制成1~10mmol/L的顯色劑溶液；取1~5mL每種顯色劑分別由進樣口1加入至反應池2中，由相機3獲取每種顯色劑空白標準圖譜，實驗過程中保持LED光源4常亮；

（2）標準濃度重金屬離子指紋圖譜的獲取：配置濃度梯度某種重金屬離子的標準溶液，取1~5mL不同濃度的重金屬離子標準溶液，分別由進樣口1加入至反應池2中，得到不同濃度的重金屬離子-顯色劑配合物體系溶液，穩(wěn)定2~10min后，每種濃度的重金屬離子-顯色劑配合物體系都會產生特定的顏色，由相機3獲取各濃度重金屬離子-顯色劑配合物溶液的指紋圖譜，并提取每種重金屬離子不同濃度指紋圖譜的數據信號建立對應的模型。

（3）重金屬預測模型的建立：將不同種類和濃度的重金屬離子對應的指紋圖譜數據信號作為輸入變量X_i，重金屬種類作為輸出值Y，得到重金屬種類的定性預測模型Y_定性=F(X_i)；重金屬的濃度作為輸出值Z，得到重金屬殘留濃度的定量模型Z_定量=G(X_i)。