一種pH熒光傳感膜及堿性沉積物pH二維動(dòng)態(tài)分布檢測(cè)方法【專利摘要】一種pH熒光傳感膜，包括薄膜基材，其特征在于，將熒光染料CPIPA和熒光黃10-GN均勻混合，通過化學(xué)包埋法將兩種熒光染料固定在薄膜基材表面?；谒龅膒H熒光傳感膜，本發(fā)明還公開了一種堿性沉積物pH二維動(dòng)態(tài)分布檢測(cè)方法，將pH熒光傳感膜置于沉積物中，在激發(fā)光照射下通過成像裝置獲得兩種染料光譜信息，通過R和B通道熒光比率定量方式獲得到沉積物pH的分布特征。本發(fā)明的傳感膜將CPIPA與具有參比效應(yīng)和增亮效應(yīng)的熒光黃10-GN混合作為熒光指示劑，檢測(cè)靈敏度、空間分辨率高，對(duì)pH變化響應(yīng)靈敏。所述的方法采用平板電極技術(shù)，通過熒光比率定量減少光學(xué)干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)堿性沉積物pH二維、動(dòng)態(tài)分布信息的實(shí)時(shí)、原位獲取?！緦＠f明】-種pH巧光傳感膜及堿性沉積物pH二維動(dòng)態(tài)分布檢測(cè)方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及一種平板電極抑測(cè)定技術(shù)，具體涉及一種抑英光傳感膜及堿性沉積物抑二維動(dòng)態(tài)分布檢測(cè)方法，通過英光分析方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)湖泊或海洋堿性沉積物抑的二維、動(dòng)態(tài)分布信息實(shí)時(shí)在線獲取，同時(shí)適合水體及±壤中堿性范圍抑的檢測(cè)。【
背景技術(shù)：
】[0002]沉積物作為湖泊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)重要的儲(chǔ)蓄庫(kù)，是水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要來源。沉積物中污染物或營(yíng)養(yǎng)鹽的遷移轉(zhuǎn)化過程是環(huán)境微觀領(lǐng)域中研究最活躍的研究方向之一，研究沉積物-水界面營(yíng)養(yǎng)鹽及污染物環(huán)境行為一直受到研究者的重視。[0003]抑是評(píng)估湖泊、海洋沉積物中各種生物地球化學(xué)過程的主要參數(shù)，不僅控制沉積物微生物生命代謝過程，而且影響沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽和污染物的遷移轉(zhuǎn)化，對(duì)維持生物地球化學(xué)循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)平衡發(fā)揮了極其重要作用。沉積物-水界面過程的發(fā)生大都W微尺度體現(xiàn)沉積物微環(huán)境下的物理、化學(xué)和生物效應(yīng)。沉積物中的生物化學(xué)反應(yīng)W及礦物溶解-沉淀反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致沉積物-水界面強(qiáng)烈的抑梯度變化。采用高分辨的技術(shù)準(zhǔn)確反映pH分布信息及動(dòng)力學(xué)變化是了解沉積物生物地球化學(xué)循環(huán)的關(guān)鍵。[0004]電化學(xué)或化學(xué)測(cè)量技術(shù)是目前使用最廣泛、最成熟的抑測(cè)量方法，該一方法簡(jiǎn)單、易操作，但是測(cè)量對(duì)象僅限于溶液等均勻性流體基質(zhì)，不適用于沉積物和±壤的測(cè)量。微電極法和光纖傳感器是近年來新發(fā)展的抑檢測(cè)手段，具有高分辨率，高精確度和原位測(cè)量的特點(diǎn)，雖適合于沉積物W及上覆水抑檢測(cè)，但僅能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)測(cè)量，且微電極價(jià)格昂貴、操作繁瑣，無法實(shí)時(shí)獲取沉積物抑二維分布信息。因此，現(xiàn)有的抑測(cè)量技術(shù)已不能適應(yīng)現(xiàn)代環(huán)境分析檢測(cè)的要求。[0005]隨著科技的發(fā)展，基于英光分析原理的平板電極技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。平板電極技術(shù)突破了光譜技術(shù)和電化學(xué)分析的傳統(tǒng)模式，將新型有機(jī)功能材料通過溶脹吸附、物理包埋、化學(xué)鍵合或者共聚結(jié)合等方式固定在薄膜基材上，結(jié)合光學(xué)數(shù)字成像技術(shù)對(duì)目標(biāo)物和干擾物進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境樣本的原位、無損和在線監(jiān)測(cè)。由于英光響應(yīng)時(shí)間極短（毫砂-砂級(jí)），線性范圍寬，使用平板型傳感膜可W獲得二維空間的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息。另外，平板電極設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，重現(xiàn)性及精準(zhǔn)性高，因此該技術(shù)具有傳統(tǒng)技術(shù)無法比擬的巨大優(yōu)勢(shì)。盡管如此，當(dāng)前大多數(shù)英光抑指示劑多集中于酸性（如FITC=PH4?6)或接近中性區(qū)域（女口HTPS;pH5.5?8.6)，嚴(yán)重制約了平板電極技術(shù)的應(yīng)用。堿性沉積物抑監(jiān)測(cè)技術(shù)難題體現(xiàn)在兩個(gè)方面；1)缺乏良好的堿性抑英光傳感膜，且對(duì)抑變化響應(yīng)靈敏；2)如何消減沉積物背景、光源衰減、薄膜漂白等因素干擾，因而針對(duì)堿性沉積物抑測(cè)量的平板電極技術(shù)尚未見報(bào)道?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0006]本發(fā)明針對(duì)堿性沉積物抑平板電極測(cè)定技術(shù)存在的上述問題，旨在提供一種抑英光傳感膜，所述的傳感膜抑檢測(cè)靈敏度、空間分辨率高，對(duì)抑變化響應(yīng)靈敏，適用于檢測(cè)抑在堿性區(qū)間的變化，擴(kuò)寬了抑平板光電極的適用范圍。[0007]本發(fā)明的另一目的還在于提供一種堿性沉積物抑二維動(dòng)態(tài)分布檢測(cè)方法，采用基于英光分析原理的平板電極技術(shù)，通過英光比率定量減少光學(xué)干擾，如光源衰減、沉積物背景值干擾、染料流失或者漂白帶來的數(shù)據(jù)誤差，基于所述的堿性抑平板電極，實(shí)現(xiàn)對(duì)湖泊或海洋堿性沉積物抑的二維、動(dòng)態(tài)分布信息實(shí)時(shí)、原位獲取，該方法也適用于水體及±壤中堿性范圍抑的檢測(cè)。[000引概括地說，本發(fā)明首先合成具有共輛結(jié)構(gòu)的希夫堿化合物4-((lE,3巧-3-((4-氯苯基）亞氨基）-1-丙帰基）-N，N-二甲氨基苯胺（Ci7Hi7C1N2，CPIPA)，然后利用該化合物光致變色效應(yīng)，對(duì)抑為6.0?10.5堿性區(qū)間響應(yīng)進(jìn)行英光光譜學(xué)分析檢測(cè)；其次，將CPIPA染料，與具有參比效應(yīng)和增亮效應(yīng)的另一種英光染料-英光黃10-GN，按照優(yōu)化比例進(jìn)行充分混合，然后通過化學(xué)包埋法將兩種染料固定在薄膜基材上制得抑英光傳感膜。將抑英光傳感膜置于沉積物中，通過成像裝置，在特定激發(fā)光照射下獲得兩種染料光譜信息，通過計(jì)算和轉(zhuǎn)化可W獲得到沉積物pH的分布特征。[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：[0010]一種抑英光傳感膜，包括薄膜基材，其特征在于，將英光染料CPIPA和英光黃IO-GN均勻混合，通過化學(xué)包埋法將兩種英光染料固定在薄膜基材表面。[0011]所述的CPIPA和英光黃IO-GN的重量比為1:1?4,優(yōu)選1:2。本發(fā)明將不同比例的CPIPA染料與具有參比效應(yīng)和增亮效應(yīng)的另一種英光染料-英光黃IO-GN混合作為英光指示劑，通過化學(xué)包埋法固定在基材表面后，得到適中的信號(hào)強(qiáng)度來表征抑值的高低。[0012]所述的抑英光傳感膜采用W下方法制備：[0013](1)取120mg聚氯己帰粒料，加入240Ul塑化劑，振蕩搖勻，再加入1血四氨巧喃，按照質(zhì)量百分濃度0.5%?1%和0.5%?4%分別添加兩種英光染料CPIPA和英光黃10-GN，再加入3.Omg四（4-氯苯基）測(cè)酸鐘，超聲溶解，獲得抑英光染料混合液。[0014](2)在涂膜前，充分混勻步驟（1)中得到的抑英光染料混合液，用刮膜的方法將該混合液均勻涂覆在透明的薄膜基材上，室溫干燥后得到所述的抑英光傳感膜，放在去離子水中備用。[0015]所述的CPIPA的合成可參見DerinkuyuS,ErtekinK,Oter0等公開的方法（FiberopticpHsensingwithlongwavelengthexcitableSchiffbasesinthepHrangeof7.0-12.0[J].Anal^icachimicaacta，2007,588(l):42-49.)。[0016]所述的薄膜基材優(yōu)選PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇醋）。[0017]基于所述的地焚光傳感膜，本發(fā)明還涉及一種堿性沉積物地二維動(dòng)態(tài)分布檢測(cè)方法，包括如下步驟：[0018](1)配制一組不同抑值的緩沖液，將所述的抑英光傳感膜置于緩沖液中，采用389nm的UV光源激發(fā)，并獲取不同抑條件下抑英光傳感膜的英光圖像。[001引似對(duì)步驟（1)中獲得的英光圖像，采用圖像處理軟件（如Image乃進(jìn)行RGB;通道拆分，得到兩種染料?；?馬和英光黃IO-GN分別對(duì)應(yīng)的R和B通道的兩種英光強(qiáng)度圖像，計(jì)算兩個(gè)通道英光強(qiáng)度比值I(R/B)，并將其與對(duì)應(yīng)抑值進(jìn)行曲線擬合，得到所述的抑英光傳感膜對(duì)抑響應(yīng)曲線，抑英光傳感膜英光釋放特征可根據(jù)化ndersson-化ssebach修訂方程（式1)描述：【權(quán)利要求】1.一種pH熒光傳感膜，包括薄膜基材，其特征在于，將熒光染料CPIPA和熒光黃IO-GN均勻混合，通過化學(xué)包埋法將兩種熒光染料固定在薄膜基材表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的pH熒光傳感膜，其特征在于，所述的CPIPA和熒光黃10-GN的重量比為I:1?4。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的pH熒光傳感膜，其特征在于，所述的薄膜基材選自聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的pH熒光傳感膜，其特征在于，所述的pH熒光傳感膜采用以下方法制備：(1)取120mg聚氯乙烯粒料，加入240iiL塑化劑，振蕩搖勻，再加入ImL四氫呋喃，按照質(zhì)量百分濃度〇.5%?1%和0.5%?4%分別添加兩種熒光染料CPIPA和熒光黃10-GN，再加入3.Omg四（4-氯苯基）硼酸鉀，超聲溶解，獲得pH熒光染料混合液；(2)在涂膜前，充分混勻步驟（1)中得到的pH熒光染料混合液，用刮膜的方法將該混合液均勻涂覆在透明的薄膜基材上，室溫干燥后得到所述的PH熒光傳感膜。5.-種堿性沉積物pH二維動(dòng)態(tài)分布檢測(cè)方法，包括如下步驟：(1)制備權(quán)利要求1所述的PH熒光傳感膜；(2)配制一組不同pH值的緩沖液，將所述的pH熒光傳感膜置于緩沖液中，采用389nm的UV光源激發(fā)，并獲取不同pH條件下pH熒光傳感膜的熒光圖像；(3)對(duì)步驟（2)中獲得的熒光圖像，采用圖像處理軟件將所得圖像進(jìn)行RGB三通道拆分，得到兩種染料CPIPA和熒光黃10-GN分別對(duì)應(yīng)的R和B通道的兩種熒光強(qiáng)度圖像，計(jì)算兩個(gè)通道熒光強(qiáng)度比值I，并將其與對(duì)應(yīng)PH值進(jìn)行曲線擬合，得到所述的pH熒光傳感膜對(duì)pH響應(yīng)曲線，pH突光傳感膜突光釋放特征根據(jù)Hendersson-Hassebach修訂方程（式1)描述：式中I為不同pH值時(shí)熒光強(qiáng)度比值,M1為起始經(jīng)驗(yàn)常數(shù),M2為最終經(jīng)驗(yàn)常數(shù),pKa為測(cè)量范圍中心系數(shù)，B為Sigmoidal函數(shù)寬度；(4)沉積物pH測(cè)試：將所述的pH熒光傳感膜插入沉積物中，將清洗后的pH熒光傳感膜按照與步驟（2)相同的方法獲取熒光圖像，再按照與步驟（3)相同的方法，由熒光圖像上各點(diǎn)的熒光強(qiáng)度比值I根據(jù)PH響應(yīng)曲線計(jì)算得到該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的pH值。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的堿性沉積物pH二維動(dòng)態(tài)分布檢測(cè)方法，其特征在于，所述的方法檢測(cè)的pH范圍為6.0?10.5。【文檔編號(hào)】G01N21/64GK104359884SQ201410643390【公開日】2015年2月18日申請(qǐng)日期:2014年11月13日優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日【發(fā)明者】韓超,姚磊,丁士明申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所