[發明專利]基于智能設備的量子點能量共振轉移檢測水體中汞、鉛和砷離子的裝置及方法

有效

• 申請號: 201710958465.1
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107941762B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 李曉春;張玲玲;張校亮;于化忠
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

技術領域

本發明屬于重金屬離子檢測技術領域，具體涉及一種基于智能設備的量子點能量共振轉移檢測水體中汞、鉛和砷離子的裝置及方法。

背景技術

汞離子、鉛離子和砷離子是最常見的三種重金屬污染源，具有生物不可降解性以及累積性，并且會產生持久毒性。人體感染后會導致不可逆轉的損傷，具體表現在消化系統、神經系統以及心血管系統等方面的危害。因此，發展方便、快速、精確地檢測鉛和汞等重金屬引起了人們越來越多的關注。傳統的Hg²⁺、Pb²⁺和As³⁺的定量檢測方法有：原子吸收光譜法（AAS）、電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）；以及大量的新型傳感器檢測方法，如基于熒光的傳感器、電化學傳感器、比色法傳感器等在過去的十年被廣為研究。但是這些方法在實現上和成本上存在一些問題，對于前者而言，盡管具有很好的檢測靈敏度和準確性，但是需要昂貴復雜的儀器以及復雜的專業操作，因此限制他們的使用范圍；對于后者而言，在信號輸出方面需要相對昂貴的專業設備，因此也僅限于實驗室使用。為了解決傳統檢測方法帶來的問題，國內外不同研究領域的科研人員都在不斷研究與開發新型的可用于現場重金屬檢測的方法。

2014年美國加尼福利亞大學 Aydogan Ozcan 小組提出一種利用智能手機空間監測水中汞離子含量的裝置（Wei QS, Nagi R, Sadeghi R et al., ASC Nano, 2014, 8 1121–1129）。這一裝置集成了LED光源、樣品池（比色皿）、散光板、透鏡和外接智能手機，反應原理是比色皿中汞離子作用富T堿基的DNA鏈后，納米金顆粒聚集引起顏色變化，智能手機寫入的APP分析RGB圖片的顏色變化率，實現汞離子定量檢測，這里使用的比色皿試劑量大，不利于低成本檢測。專利201210047116.1提供了一種基于量子點和兩條DNA鏈雜交/錯配后熒光共振能量轉移來檢測水溶液中二價汞離子的方法，檢測手段是利用熒光光譜儀分析熒光變化，這就限制了現場檢測中的應用。專利201510389181.6提供了一種基于量子點熒光探針的水體中汞的檢測裝置，通過分析比色皿中汞離子猝滅量子點后的熒光光譜數據，實現水體中汞離子檢測，用到的比色皿試劑用量大，汞離子猝滅量子點的反應原理產生的是負信號，檢測范圍受限，通過集成的光電探測器實現光譜數據采集，之后通過數據處理軟件分析處理實現定量檢測，操作復雜和數據分析處理復雜。專利201520513366.9提供了一種基于量子點熒光薄膜的水質重金屬檢測裝置，該專利中重金屬猝滅量子點后的變弱的熒光經由光纖熒光傳感器到光譜儀檢測熒光光譜，最后通過計算機的數據分析處理實現汞離子檢測，產生負信號，操作復雜和數據分析處理復雜。

近年來，由于紙基微流控芯片技術具有易加工、成本低、分析速度快、微型化和便攜化等特點，基于紙基芯片的研究獲得了較多的關注和較快的發展。它不僅克服了儀器分析樣品處理繁雜、儀器使用成本高的局限，更提供了一種快速、靈敏而且操作簡單的分析方法。

發明內容

本發明為了解決現有重金屬汞離子、鉛離子以及砷離子的檢測裝置以及操作復雜、數據處理分析復雜，難以達到現場檢測分析的問題，提供了一種基于智能設備的量子點能量共振轉移檢測水體中汞、鉛和砷離子的裝置及方法。

本發明由技術方案實現：一種基于智能設備的量子點能量共振轉移檢測水體中汞離子、鉛離子和砷離子的裝置，包括智能設備和檢測裝置，所述檢測裝置為設置于智能設備下方的微型暗室，微型暗室內底部固定玻璃纖維紙基芯片，玻璃纖維紙基芯片上間隔設置反應區和非反應區；玻璃纖維紙基芯片頂部設置光學硬件裝置，所述光學硬件裝置為自下而上依次固定的濾光片、信號放大單元、熒光激發光源的UV-LED環形陣列；所述智能設備上設置有拍照程序和重金屬離子濃度值計算程序；

所述拍照程序用于對玻璃纖維紙基芯片進行拍照得到圖片；

所述重金屬離子濃度值計算程序用于執行以下程序：

對圖片進行分析，得到玻璃纖維紙基芯片的成像區域的對應RGB值；

根據標準溶液濃度以及標準溶液對應的玻璃纖維紙基芯片成像區域的RGB值，建立RGB值-濃度曲線；

將待測溶液對應成像區域RGB值與對應的所述RGB值-濃度曲線進行對比，確定各待測溶液中相應離子濃度，并輸出到顯示單元顯示。