[發明專利]比色型化學傳感器陣列、檢測金屬離子的方法，以及評價和優化傳感器陣列的方法

有效

• 申請號: 201910796545.0
• 申請日: 2019-08-27
• 公開（公告）號: CN110501329B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 康紅波;黃園芳
• 申請（專利權）人: 深圳市云啟數字科技有限公司
• 主分類號: G01N21/78
• 分類號: G01N21/78;G01N21/31
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司 11614
• 代理人: 高爽

本發明屬于化學傳感器領域，涉及比色型化學傳感器陣列、檢測金屬離子的方法，以及評價和優化傳感器陣列的方法。該比色型化學傳感器陣列包括：第一傳感器單元，所述第一傳感器單元為具有式I所示結構的化合物，第二傳感器單元，所述第二傳感器單元包括具有式II所示結構的化合物和具有式III所示結構的化合物，第三傳感器單元，所述第三傳感器單元包括具有式II所示結構的化合物、具有式III所示結構的化合物和氫氧化鈉。本發明利用比色型化學傳感器陣列以及LDA和HCA的模式識別算法可以實現對不同種類不同濃度的單金屬離子和金屬離子混合物的檢測區分，并且可以將傳感器陣列進行優化，實現用最少數量的傳感單元完成區別檢測的目的，其中。

技術領域

本發明屬于化學傳感器領域，更具體地，涉及一種用于檢測金屬離子的比色型化學傳感器陣列，一種檢測金屬離子的方法，以及一種評價和優化用于檢測金屬離子的傳感器陣列的方法。

背景技術

過量的金屬離子不僅會污染環境，還會危害生物安全，給人體健康造成極大隱患。因此研發新型檢測平臺，探究新型金屬離子檢測策略是十分必要的。如今環境污染的壓力，人們對高品質生活水平的追求使得社會對簡單便攜、響應靈敏的金屬離子檢測設備需求越來越大。比色型化學傳感器陣列具有檢測簡單快速、響應肉眼可觀察的特點，十分符合要求。

現有的檢測金屬離子的方法如原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質譜法等方法，雖然可以達到較高的檢測精度，然而該類檢測方法依賴于大型昂貴的專業設備，且樣品預處理十分繁瑣，使得其使用范圍多局限在實驗室內，不適于現場檢測。傳統的特異性單一傳感器遵循“一種傳感器對應一種分析物”的“鑰匙-鎖”模型，使用具有高度選擇性的特異性分子來檢測分析物。然而該種方法要求對每一種分析物都要設計對應的特異性傳感器。對傳感器設計及優化過程較為復雜，費時費力。

化學傳感器陣列使用一系列非選擇性或者半選擇性的傳感器單元構建成陣列，每個傳感器單元單獨與分析物產生不同的反應信號，這些反應信號的總和構成了該傳感器陣列對檢測物的響應模式，通過對每一種待測物的響應模式的分析，與數據庫中已知模式對比，實現對物質的識別檢測，從而避免了單一傳感器對特異性受體的依賴性，大大拓展了可檢測物的范圍。比色型化學傳感器陣列利用一系列具有交叉響應的分子構建傳感器陣列對分析物進行檢測，通過對有色物質顏色種類和深淺變化的分析來實現對待測組分的鑒別。具有輸出信號豐富，響應迅速，顏色變化肉眼可見等特點。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于檢測金屬離子的比色型化學傳感器陣列，一種檢測金屬離子的方法，以及一種評價和優化用于檢測金屬離子的傳感器陣列的方法。

本發明在研究中發現，金屬離子和染料分子通過靜電和親疏水性相互作用以及配位作用，從而使得染料分子發生紫外可見光吸收信號的改變。對傳感器陣列的熒光響應分析本質上是一個模式識別的過程，一種金屬離子溶液一種濃度對應于一種模式。利用機器學習算法進行模式識別分析，能夠實現區別檢測。由于不同的染料分子對于金屬離子的區別檢測的貢獻度是不同的，因此可以編寫算法以組內方差/組間方差作為評價標準對不同的染料分子的貢獻度進行評價，篩選出響應貢獻最大的分子，并利用最少數量的分子實現不同種類不同濃度的單金屬離子以及混合金屬離子的區別檢測。由此，提出本發明。

為了實現上述目的，本發明的第一方面提供一種用于檢測金屬離子的比色型化學傳感器陣列，該比色型化學傳感器陣列包括以下傳感器單元：

第一傳感器單元，所述第一傳感器單元為具有式I所示結構的化合物 (即樹脂天青)

，

第二傳感器單元，所述第二傳感器單元包括具有式II所示結構的化合物(即雙硫腙)和具有式III所示結構的化合物(即CTAB)

，

第三傳感器單元，所述第三傳感器單元包括具有式II所示結構的化合物、具有式III所示結構的化合物和氫氧化鈉。