一種基于可視化技術的多種痕量重金屬離子同時檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于可視化技術的多種痕量重金屬離子同時檢測方法，屬于痕量重金屬離子檢測【技術領域】。采用卟啉及吡啶偶氮類化學顯色劑作為可視化傳感器敏感材料，可視化傳感器陣列基板由親水性混合纖維酯薄膜、ABS塑料薄板（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）、防水性雙面膠制備，通過毛細管陣列點樣的方式將化學顯色劑點在基板上制備可視化傳感器陣列；采集的信號為反應體系中反應前、后可視化傳感器陣列R，G，B顏色值的差值；數(shù)據(jù)處理采用化學計量學中的多元回歸算法。本方法可實現(xiàn)痕量Pb、Cd、Hg重金屬離子的同時檢測，具有檢測成本低、檢測時間短、操作簡便、靈敏度高、重復性好等優(yōu)點。本發(fā)明的測試能得到符合實際的效果。
【專利說明】-種基于可視化技術的多種痕量重金屬離子同時檢測方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于痕量重金屬離子檢測【技術領域】，具體涉及的是一種基于可視化技術的 多種痕量重金屬離子同時檢測方法，包括可視化傳感器陣列的制備、信息采集以及數(shù)據(jù)處 理。

【背景技術】
[0002] 重金屬污染物在環(huán)境中難以降解，可在動、植物體內蓄積，通過食物鏈的不斷富 集，濃度可成千上萬倍的增加，對人體健康造成巨大的潛在危害。因此、重金屬一直是食品 品質控制、環(huán)境監(jiān)測等領域的重要檢測指標。強毒性重金屬（Pb、CcU Hg等）同時檢測方法 的研究一直是國內外的研究熱點問題。目前，重金屬的檢測方法主要有，光譜法(包括，原子 吸收光譜法、電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法、原子熒光光譜法、分光光度法等)，質譜 法（電感耦合等離子體-質譜法等）以及電化學分析法(伏安法、電位法、電導法等）等。光 譜法、質譜法一般需要大型儀器，且需要專門的操作人員；電化學法存在的缺陷在于測試液 準備步驟繁瑣、電極費用較高且重復使用較為困難等。因此，需要開發(fā)新的檢測方法實現(xiàn)多 種痕量重金屬的同時檢測。
[0003] 可視化傳感技術是一種新型的樣品中微、痕量化學成分檢測技術，其基本原理是 樣品溶液中的化學物質與可視化傳感器陣列發(fā)生反應，致使傳感器的顏色發(fā)生變化即可視 化，通過對這種顏色變化的分析，可對樣品溶液中的微、痕量化學物質進行定性、定量分析。 可視化技術不需要大型儀器、操作方便、費用低、不需要專門的操作人員。因此，近年來，可 視化技術在食品品質、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷等領域中的應用研究受到國內外研究人員的廣 泛關注。


【發(fā)明內容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有多種重金屬離子同時檢測技術的諸多缺陷，本發(fā)明提供了一種基于 可視化技術的多種痕量重金屬離子同時檢測方法。
[0005] 本發(fā)明的技術方案概述如下：所述的一種基于可視化技術的多種痕量重金屬離子 同時檢測方法，包括可視化傳感器陣列的制備、信息采集及數(shù)據(jù)處理3個步驟。
[0006] 所述的可視化傳感器陣列由對重金屬離子具有顏色響應的化學顯色劑、混合纖維 素酯薄膜、ABS塑料薄板(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）及防水雙面膠制備。
[0007] 所述的對重金屬離子具有顏色響應的化學顯色劑為卟啉類化合物和吡啶偶氮類 化合物，具體為：meso-四(對輕基苯基）P卜啉、meso-四(對氨基苯基）P卜啉、meso-四苯基口卜 琳、mes〇-四(對甲氧基苯基）P卜琳、1- (2_批陡偶氣）_2_蔡酌·、4_ (2_批陡偶氣）間苯二酌· 等。
[0008] 所述的可視化傳感器陣列的制備步驟為： 第一步，化學顯色劑溶液的制備：將所篩選出的卟啉類化學顯色劑及吡啶偶氮類化學 顯色劑溶解在氯仿試劑中，制備成濃度為I-IOmM的化學顯色劑溶液。
[0009] 第二步，可視化傳感器陣列基板的制備：首先將ABS塑料薄板加工成帶有數(shù)個均 勻排列的小孔的長方形方塊；然后，將混合纖維素酯薄膜夾在2片ABS薄板之間，且讓2片 ABS薄板上的小孔對齊，使得中間的混合纖維素酯薄膜能夠暴露出來；最后用防水雙面膠 將ABS薄板及混合纖維素酯薄膜固定。
[0010] 第三步：將第一步得到的化學顯色劑溶液通過微量取樣裝置取〇. 1-10 μ L固定在 基板上小孔內的混合纖維素酯微孔薄膜上，一個小孔固定一種可視化敏感材料，然后將氯 仿干燥后得到可視化味覺傳感器陣列。
[0011] 所述的一種基于可視化技術的多種痕量重金屬離子同時檢測方法，混合纖維素酯 微薄膜孔徑為0. 15-8 μ m ;ABS塑料薄板厚度為0. l-2mm ;加工后ABS塑料薄板上小孔直徑 為2-6cm，長方形方塊面積為3-5cm2。
[0012] 所述的采集的信號為反應體系中反應前、后可視化傳感器陣列R，G，B顏色值的差 值。
[0013] 所述的一種基于可視化技術的多種痕量重金屬離子同時檢測方法，數(shù)據(jù)處理方法 為化學計量學中的回歸算法，包括，神經網絡回歸、偏最小二乘回歸、或支持向量機回歸等。 以采集到的可視化傳感器陣列數(shù)據(jù)作為自變量，以重金屬離子濃度作為因變量構建重金屬 離子的定量預測模型。根據(jù)回歸模型性能，篩選出針對特定樣品重金屬離子濃度預測效果 最優(yōu)的回歸算法作為數(shù)據(jù)處理方法。模型性能的評價指標如下： ①交互驗證均方根誤差（Root mean square error of cross-validation, RMSECV): 該指標主要用于評價某種建模方法的可行性及所建模型的預測能力，在模型訓練過程中通 過交互驗證的方法來計算的。

【權利要求】
1. 一種基于可視化技術的多種痕量重金屬離子同時檢測方法，包括可視化傳感器陣列 的制備、信息采集及數(shù)據(jù)處理3個步驟，其特征在于，可視化傳感器陣列由對重金屬離子具 有顏色響應的化學顯色劑、混合纖維素酯薄膜、ABS塑料薄板(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)及 防水雙面膠制備；采集的信號為反應體系中反應前、后可視化傳感器陣列的顏色變化；所 采用的數(shù)據(jù)處理方法為化學計量學中的多元回歸算法。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于可視化技術的多種痕量重金屬離子同時檢測方法， 其特征在于，對重金屬離子具有顏色響應的化學顯色劑為卟啉類顯色劑和吡啶偶氮類顯色 劑。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于可視化技術的多種痕量重金屬離子同時檢測方法， 其特征在于，可視化傳感器陣列制作步驟為： 第一步，化學顯色劑溶液的制備：將所篩選出的卟啉類化學顯色劑及吡啶偶氮類化學 顯色劑溶解在氯仿試劑中，制備化學顯色劑溶液； 第二步，可視化傳感器陣列基板的制備：首先將ABS塑料薄板加工成帶有數(shù)個均勻排 列小孔的長方形方塊；然后，將混合纖維素酯薄膜夾在2片ABS薄板之間，且讓2片ABS薄 板上的小孔對齊，使得中間的混合纖維素酯薄膜能夠暴露出來；最后用防水雙面膠將ABS 薄板及混合纖維素酯薄膜固定； 第三步：將第一步得到的化學顯色劑溶液通過微量取樣裝置取〇. 1-10 μ L固定在基板 上小孔內的混合纖維素酯薄膜上，一個小孔固定一種可視化敏感材料，然后將氯仿干燥后 得到可視化傳感器陣列。
4. 根據(jù)權利要求3所述的一種基于可視化技術的多種痕量重金屬離子同時檢測方法， 其特征在于，化學顯色劑溶液濃度為1-lOmM。
5. 根據(jù)權利要求3所述的一種基于可視化技術的多種痕量重金屬離子同時檢測方法， 其特征在于，混合纖維素酯薄膜孔徑為0. 15-8 μ m。
6. 根據(jù)權利要求3所述的一種基于可視化技術的多種痕量重金屬離子同時檢測方法， 其特征在于，ABS塑料薄板厚度為0. l-2mm。
7. 根據(jù)權利要求3所述的一種基于可視化技術的多種痕量重金屬離子同時檢測方法， 其特征在于，加工后ABS塑料薄板上小孔直徑為2-6cm。
8. 根據(jù)權利要求3所述的一種基于可視化技術的多種痕量重金屬離子同時檢測方法， 其特征在于，加工后的ABS塑料薄板3-5cm 2。
9. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于可視化技術的多種痕量重金屬離子同時檢測方法， 其特征在于，采集的信號為反應體系中反應前、后可視化傳感器的R，G，B顏色差值。
10. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于可視化技術的多種痕量重金屬離子同時檢測方 法，其特征在于，數(shù)據(jù)處理方法為化學計量學中的多元回歸算法，包括，神經網絡回歸、偏最 小二乘回歸、或支持向量機回歸等。
【文檔編號】G01N21/78GK104237217SQ201410314655
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權日:2014年7月3日
【發(fā)明者】黃星奕, 韓方凱 申請人:江蘇大學