[發(fā)明專利]基于溶出伏安的多種重金屬離子納米光學(xué)檢測(cè)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610115180.7
• 申請(qǐng)日: 2016-03-01
• 公開（公告）號(hào): CN105651739B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉清君;李楠濤;張迪鳴;盧妍利;張倩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/59
• 分類號(hào): G01N21/59;G01N21/01
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種基于溶出伏安的多種重金屬離子納米光學(xué)檢測(cè)裝置，其特征在于，包括：環(huán)境室、支架系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、密閉電化學(xué)檢測(cè)室(4)、光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)、集成控制電路板(2)和數(shù)據(jù)傳輸接口(1)；其中，環(huán)境室由裝置底座(8)以及環(huán)境室外殼(9)構(gòu)成；支架系統(tǒng)由檢測(cè)室底座(3)和固定在檢測(cè)室底座(3)上的光學(xué)支架(13)構(gòu)成；檢測(cè)室底座(3)固定在裝置底座(8)上；進(jìn)樣系統(tǒng)由微量蠕動(dòng)泵(11)、蠕動(dòng)泵管(6)、進(jìn)液腔(5)、進(jìn)液穿刺針(46)和出液穿刺針(42)構(gòu)成；微量蠕動(dòng)泵(11)固定在環(huán)境室外殼(9)上，通過(guò)蠕動(dòng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(112)進(jìn)行供能，其外部通過(guò)蠕動(dòng)泵外殼(111)與外界分隔；進(jìn)液腔(5)固定在環(huán)境室外殼(9)上，可以容納待檢測(cè)樣液，由腔體壁(51)以及密閉蓋(52)構(gòu)成；密閉電化學(xué)檢測(cè)室(4)置于檢測(cè)室底座(3)上，由檢測(cè)室外壁(41)和檢測(cè)室頂蓋(44)構(gòu)成，檢測(cè)室頂蓋(44)上設(shè)有兩個(gè)直通接頭(12)，進(jìn)液穿刺針(46)和出液穿刺針(42)分別穿過(guò)直通接頭(12)，待檢測(cè)樣液通過(guò)進(jìn)液穿刺針(46)進(jìn)入密閉電化學(xué)檢測(cè)室(4)，密閉電化學(xué)檢測(cè)室(4)內(nèi)的樣液通過(guò)出液穿刺針(42)離開密閉電化學(xué)檢測(cè)室(4)；進(jìn)液腔(5)通過(guò)蠕動(dòng)泵管(6)連通進(jìn)液穿刺針(46)，微量蠕動(dòng)泵(11)通過(guò)蠕動(dòng)泵管(6)連通出液穿刺針(42)；在密閉電化學(xué)檢測(cè)室(4)的底部固定納米杯陣列傳感器(45)，納米杯陣列傳感器(45)通過(guò)導(dǎo)線引出作為工作電極；檢測(cè)室頂蓋(44)上分別固定對(duì)電極(47)和參比電極(43)，使其浸入密閉電化學(xué)檢測(cè)室(4)內(nèi)的樣液環(huán)境中；所述工作電極、對(duì)電極(47)和參比電極(43)構(gòu)成電化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)；光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)包括CCD檢測(cè)器(7)以及氙燈光源(10)；氙燈光源(10)固定在裝置底座(8)上，CCD檢測(cè)器(7)固定在光學(xué)支架(13)上，氙燈光源(10)正對(duì)CCD檢測(cè)器(7)；集成控制電路板(2)固定在裝置底座(8)上，對(duì)微量蠕動(dòng)泵(11)、電化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)與光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行供電與控制，并將獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口(1)實(shí)時(shí)傳輸?shù)诫娔X；所述納米杯陣列傳感器(45)表面規(guī)則分布直徑為百納米級(jí)的杯狀結(jié)構(gòu)(15)，杯側(cè)壁濺射沉積納米金顆粒(14)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于溶出伏安的多種重金屬離子納米光學(xué)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述檢測(cè)室頂蓋(44)與檢測(cè)室外壁(41)均由石英玻璃材料構(gòu)成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于溶出伏安的多種重金屬離子納米光學(xué)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述對(duì)電極(47)為鉑絲對(duì)電極，參比電極(43)為銀氯化銀參比電極。

4.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述裝置檢測(cè)多種重金屬離子的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)制備待測(cè)離子標(biāo)準(zhǔn)溶液：取濃度為1000μg/L的標(biāo)準(zhǔn)鉛離子、銅離子、鋅離子標(biāo)準(zhǔn)溶液，取pH為4.0的稀鹽酸溶液作為底液將三種標(biāo)準(zhǔn)溶液分別稀釋至具有濃度梯度的離子樣品溶液，并加入體積濃度10％的醋酸-醋酸鈉緩沖液；稀釋完成的離子樣品溶液用聚四氟乙烯瓶盛放，所有器皿均需經(jīng)過(guò)稀硝酸浸泡48小時(shí)以上，并用去離子水沖洗干凈并烘干；

(2)對(duì)不同濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)離子溶液進(jìn)行光電聯(lián)合檢測(cè)：往進(jìn)液腔(5)中加入待檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)離子溶液，所加溶液體積不超過(guò)進(jìn)液腔體積的80％，啟動(dòng)微量蠕動(dòng)泵(11)，調(diào)節(jié)流速至15mL/min，待流體系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，即蠕動(dòng)泵管(6)內(nèi)無(wú)明顯氣泡之后，采用陽(yáng)極溶出伏安法對(duì)待測(cè)溶液進(jìn)行電化學(xué)檢測(cè)，其具體參數(shù)設(shè)置為：掃描起始電壓-1.4V，終止電壓0.6V，步進(jìn)電壓0.004V，富集時(shí)間120s，靜息時(shí)間15s，脈沖周期0.2s，采樣時(shí)間0.02s，脈沖振幅0.05V，脈沖寬度0.06s；在富集階段和靜息階段，微量蠕動(dòng)泵(11)應(yīng)處于工作狀態(tài)，而在溶出階段，微量蠕動(dòng)泵(11)則應(yīng)關(guān)閉；對(duì)于光學(xué)檢測(cè)方面，檢測(cè)模式為透射光檢測(cè)，其參數(shù)設(shè)置為：光譜范圍300-750nm，光譜掃描步進(jìn)為1nm，光譜記錄時(shí)間間隔1s；

(3)建立標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度-透射率變化響應(yīng)曲線：對(duì)單種重金屬離子的單個(gè)濃度掃描結(jié)果，取溶出過(guò)程中每秒所記錄透射光譜中的透射峰所對(duì)應(yīng)的透射率，并對(duì)時(shí)間作變化曲線，可觀測(cè)到在溶出過(guò)程中，溶出峰對(duì)應(yīng)的透射率有一定程度的提升；對(duì)于不同離子不同濃度梯度所對(duì)應(yīng)的透射率變化值，對(duì)離子濃度作標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)曲線y＝ax+b，其中x為離子濃度，y為光學(xué)透射率變化值，a和b為擬合常數(shù)；

(4)未知混合離子溶液的檢測(cè)：向進(jìn)液腔(5)中加入未知濃度的鉛、銅、鋅離子混合溶液，按照步驟(2)檢測(cè)未知混合離子溶液，并按照步驟(3)獲得混合溶液所對(duì)應(yīng)的透射峰透射率變化曲線；

(5)混合離子檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析：對(duì)于在步驟(4)中所獲得的混合溶液透射率變化曲線的分析，首先確定混合溶液中的離子種類：對(duì)透射率變化曲線對(duì)時(shí)間作一階微分，所獲得的微分曲線將有若干峰值，其對(duì)應(yīng)出現(xiàn)的時(shí)間與相應(yīng)重金屬離子的溶出電位所對(duì)應(yīng)的時(shí)間一致，依此可確定混合溶液中的離子種類；對(duì)于不同離子的濃度測(cè)定，可以根據(jù)該離子所對(duì)應(yīng)的透射率區(qū)間內(nèi)的透射率變化值，代入步驟(3)中所獲得的相應(yīng)離子的標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)曲線，即可獲得該離子的濃度值。