一種現(xiàn)場快速檢測鄰苯二酚及其衍生物的系統(tǒng)及檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種現(xiàn)場快速檢測鄰苯二酚及其衍生物的系統(tǒng)及檢測方法，具體涉及 一種比色傳感陣列一智能手機一遠程服務器系統(tǒng)并用于環(huán)境水樣中多種鄰苯二酚及其衍 生物現(xiàn)場快速檢測;屬于化學檢測分析技術領域。
【背景技術】
[0002] 鄰苯二酚及其衍生物屬于酚類化合物，它們結(jié)構中含有順式二羥基基團。由于鄰 苯二酚及其衍生物既是重要的醫(yī)藥中間體，也是重要的精細化工中間體，所以它們在工業(yè) 中被大量生產(chǎn)和使用，如鄰苯二酚、4-叔丁基鄰苯二酚、氯乙酰鄰苯二酚。雖然鄰苯二酚及 其衍生物具有較大的價值，然而由于產(chǎn)品運輸泄漏、污水排放等原因造成的酚類污染卻不 容小視。例如，鄰苯二酚是一種重大的環(huán)境污染物，具有高毒性，接觸后能夠刺激人的眼睛 和皮膚。若鄰苯二酚殘留在飲用水中，人誤食后易于被胃腸道吸收，長期積累會造成肝腎功 能衰減等。鹽酸多巴胺被視為一種"瘦肉精"，豬長期食用含有鹽酸多巴胺飲用水，身上的脂 肪含量就會大大減少，起到"瘦肉"作用。這種瘦肉被人長期食用會引起頭痛、惡心、四肢無 力和抽搐等癥狀。2012年，中國鎮(zhèn)江便發(fā)生了 一起自來水污染事件，直至幾天后相關部門才 確認此次飲用水污染是由于長江水源水酚污染造成的。因此，建立酚物質(zhì)諸如鄰苯二酚及 其衍生物的現(xiàn)場快速檢測方法顯得尤其重要。
[0003] 傳統(tǒng)檢測鄰苯二酚及其衍生物的方法有高效液相法、流動注射法、化學發(fā)光法及 分光光度法等。然而，這些方法存在成本高、儀器操作復雜、分析速度慢等許多缺點，無法滿 足簡單快速檢測的要求。鑒于此，許多研究者們建立了比色傳感陣列方法用來檢測諸如鄰 苯二酚含有順式二羥基的物質(zhì)。這種比色傳感陣列方法成本低、操作步驟簡單、檢測速度 快，確實要比傳統(tǒng)檢測方法優(yōu)越許多。然而，當用來現(xiàn)場檢測實際樣品時，該比色傳感陣列 方法不得不需要現(xiàn)場采樣，然后送到實驗室借助一臺相機或掃描儀采集照片和一臺電腦處 理數(shù)據(jù)，這樣便無法及時給出檢測結(jié)果，限制了其實際應用。因此，為了能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場快速 檢測，移動實驗室、便攜式檢測裝置等概念被許多研究人員提出。
[0004] 近年來，智能手機功能化為檢測工具使用越來越受歡迎，許多研究者們已成功將 手機作為檢測工具用于化學分析及醫(yī)療可視化診斷等領域。多數(shù)智能手機由于自帶高像素 攝像頭、高端處理器、大內(nèi)存、無線連接、實時定位、安全數(shù)據(jù)管理及云計算等硬件和功能， 作為檢測工具時，可以隨時隨地進行現(xiàn)場化學分析和醫(yī)療診斷工作。當將智能手機與遠程 服務器結(jié)合作為檢測工具運用到比色傳感陣列法中時，遠程服務器不僅可以寫入所需的程 序用來儲存和處理數(shù)據(jù)，而且可以實現(xiàn)與智能手機的通信交流。這樣，手機便可替代其他檢 測儀器集拍照、讀取陣列、上傳數(shù)據(jù)和接收反饋結(jié)果等功能于一體。當構建并應用比色傳感 陣列一智能手機一遠程服務器系統(tǒng)進行現(xiàn)場測量實際樣品時，不僅成本低，簡單方便，而且 在現(xiàn)場就可以快速得到檢測結(jié)果，具有廣泛的應用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種比色傳感陣列一智能手機一遠程服務器系統(tǒng)用于環(huán) 境水樣中鄰苯二酚及其衍生物現(xiàn)場快速檢測的方法。
[0006] 本發(fā)明的目的之一是提供一種現(xiàn)場快速檢測鄰苯二酚及其衍生物的系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)為比色傳感陣列一智能手機一遠程服務器系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明的目的之二是提供一種現(xiàn)場快速檢測鄰苯二酚及其衍生物的方法，所述方 法是基于所建立的比色傳感陣列一智能手機一遠程服務器系統(tǒng)，用于檢測水樣中鄰苯二酚 及其衍生物。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為： 本發(fā)明所述的一種現(xiàn)場快速檢測鄰苯二酚及其衍生物的系統(tǒng)，是基于比色傳感陣列一 智能手機一遠程服務器的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括比色傳感陣列、圖像采集裝置、遠程服務器； 所述系統(tǒng)的構建方法，按照如下步驟進行 (1)制備檢測鄰苯二酚及其衍生物的組合探針:先配制磷酸鹽緩沖液，然后將苯硼酸溶 于上述磷酸鹽緩沖液配制成苯硼酸磷酸鹽緩沖液;再將苯硼酸磷酸鹽緩沖液與pH指示劑 按按一定比例混合，形成檢測鄰苯二酚及其衍生物的組合探針的溶液； 其中所述磷酸鹽緩沖液的濃度為50 mM，pH為9;所述苯硼酸磷酸鹽緩沖 液的濃度為50 mM; 所述pH指示劑為二甲酚橙、鄰硝基酚、玫瑰紅酸、間甲酚紫，所述pH指示劑濃度為0.1 mg/mL； 所述苯硼酸鹽磷酸鹽緩沖液于pH指示劑的體積比為1:1-1: 2。
[0009] (2)比色傳感陣列的制備:將步驟（1)中得到的組合探針溶液分別加入到試管中， 然后在試管中加入固定濃度的同一目標物溶液即鄰苯二酚及其衍生物溶液，將得到的每個 試管中的混合溶液轉(zhuǎn)移到96孔有機玻璃板中，形成2 X 2陣列，制備成為比色傳感陣列； 其中所述目標物溶液體積與探針溶液體積比為1:1; 所述的目標物分別為:鄰苯二酚，4-叔丁基鄰苯二酚，4-甲基鄰苯二酚，4-硝基鄰苯二 酚，3，5-二叔丁基鄰苯二酚，1，2，4-苯三酚，3，4-二羥基苯甲醛，鹽酸多巴胺，3-氟鄰苯二 酚，3,4_二羥基苯乙酸，3,4_二羥基苯甲酸，酒石酸腎上腺素，氯乙酰鄰苯二酚； 所述每個目標物的濃度為〇. 5，5，12.5，25，50，75，100，150 mM共8個系列濃度； 這樣，每個濃度的目標物有4個樣本，每個目標物形成32個樣本，13個目標物共有32 X 13個樣本。
[0010] (3)比色傳感陣列色差圖的生成:利用圖像采集裝置中采集反應前后的陣列圖像， 進行數(shù)字化處理后得到不同鄰苯二酚及其衍生物與組合探針反應后的比色傳感陣列色差 圖； 其中所述圖像采集裝置包括暗箱（1)和智能手機(4)，暗箱（1)底部固定有白色LED光源 (3)，暗箱（1)頂部設置有孔用于拍照;采用智能手機(4)自帶的照相機采集反應前后的陣列 圖像，利用手機內(nèi)置的手機嗅覺可視化軟件對陣列圖像進行數(shù)字化處理，得到比色傳感陣 列色差圖； 其中所述智能手機為安卓系統(tǒng)； 所述智能手機的后置攝像頭像素為大于等于1600萬； 所述手機嗅覺可視化軟件包括存儲模塊和處理單元兩個模塊;采用智能手機攝像頭拍 攝目標物與探針反應前后的陣列圖像，存儲模塊用于存儲所拍攝的反應前后圖像;處理單 元用于處理反應前后的陣列圖像，處理單元首先在反應前后陣列圖像中選定均一的特定區(qū) 域，提取其對應色彩的平均R，G，B值;然后，處理單元將反應后陣列圖像的R，G，B值減去反應 前陣列圖像的R，G，B值，求得AR，AG，ΔΒ值;最后處理單元按AR，AG，ΔΒ值還原對應的顏 色圖像，即得到目標物與4種組合探針反應后的比色傳感陣列色差圖。
[0011] (4)數(shù)理統(tǒng)計分析:每種濃度的目標物進行5次平行實驗;首先采用數(shù)理統(tǒng)計方法 對不同濃度的的鄰苯二酚及其衍生物進行種類判別，將其區(qū)分與歸類;再對不同濃度的的 鄰苯二酚及其衍生物的比色傳感陣列色差圖數(shù)據(jù)進行分析，建立能夠預測鄰苯二酚及其衍 生物濃度的定量計算模型； 其中所述種類判別采用的是對比色傳感陣列色差圖數(shù)據(jù)進行主成分分析或聚類分析 或線性判別分析的方法； 所述建立定量分析模型采用的是偏最小二乘法多元統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析方法。
[0012] (5)手機與遠程服務器的連接:利用用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議通過無線局域網(wǎng)實現(xiàn)手機與 遠程服務器的連接;在遠程服務器里通過數(shù)據(jù)庫、處理模塊和通信模塊三個功能模塊用于 實現(xiàn)手機現(xiàn)場快速檢測環(huán)境水樣中的鄰苯二酚及其衍生物的目的；其中，數(shù)據(jù)庫用來儲存 手機上傳的所有的比色傳感陣列色差圖數(shù)據(jù);處理模塊包含鄰苯二酚及其衍生物濃度的種 類判別信息和定量計算模型，用來定性判別未知樣的種類和定量計算未知樣的濃