[发明专利]光化学比色传感器阵列用于多种重金属离子检测的方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器，具体地说是一种光化学比色传感器阵列用于水中多种痕量重金属离子检测的方法。 

背景技术

近年来，环境污染的及时预警和有效治理成为当前国家发展环节中极为重要的一环。一些有毒的重金属被广泛用于化工、医药等生产过程中后，最终大部分转化为可溶性的阳离子盐存在于自然界。世界卫生组织（WHO）和美国环保局（EPA）都对水中重金属离子污染物给予了高度的重视。我国也在新的《生活饮用水卫生标准》中对日常饮用水中重金属离子的含量进行了明确规定，并制定了《污水综合排放标准》，严格限制污水中重金属离子的排放。 

国际上目前广泛采用的重金属离子定性定量检测技术包括：原子吸收（AAS）、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、阳极溶出伏安、X射线荧光光谱法、等离子体感应光谱等。这些方法已能够成功检测水中痕量重金属离子污染物，基于这些方法的各种重金属离子检测仪也已商品化，如美国Trace Detect公司的Safe Guard，Yield Guard等系列产品。然而，上述诸多方法普遍成本较高，需要大型仪器和熟练的操作人员，且一般在现场采样，然后送到实验室进行离线分析，存在耗时，分析步骤复杂，分析仪器昂贵，采样频率低以及样品不易保存等缺点。在有些情况下，需要及时知道环境污染情形，以便迅速制定相应的处理对策；并且具有多种形态的重金属离子，其各化学形态之间往往处于动态平衡，繁琐的样品前处理（预分离、富集、衍生等）也会导致不同化学形态的重新分配，从而大大影响测定结果。面对这些难题，最理想的解决方法就是原位实时检测。目前市面上有一些商品化的重金属离子检测试纸，有些采取浸润含指示剂的有机溶液并晾干制得，未充分考虑指示剂的固定，导致试纸易脱色；另一些采用在制造试纸过程中将指示剂与纸浆混合进行制备，制作过程繁琐，且检测灵敏度不甚理想。除去简单的目视比色外，目前市面已有进口的光谱比色仪，但这些比色设备多仅仅只能对一种指示剂进行评估，不能消除多种样品对同一指示剂同时响应时的相互干扰。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种光化学比色传感器阵列用于水中多种痕量重金属离子检测的方法。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为： 

固定指示剂的用于重金属离子检测的传感膜，修饰有不同重金属离子指示剂的传感膜采用硅胶溶胶凝胶法固定指示剂，具体按如下过程制备：

四乙氧基硅烷：甲基三乙氧基硅烷：异丙醇：催化剂（0.1 M盐酸或硝酸）：水以1：0－0.5：1－2：0.003－1：10－50摩尔比混合，常温下水解5 －7小时，得溶胶；将10－80 mg重金属离子指示剂加入到5 mL上述合成的溶胶中，搅拌溶解，采用匀速提拉（提拉速度=2－15 mm/s）制膜方式，将溶有重金属离子指示剂的溶胶凝胶均匀涂覆于硝酸-醋酸混合纤维素酯膜上（φ=3±0.2 μm），氮气保护下室温干燥；得用于重金属离子检测的传感膜；

所述传感膜在重金属离子检测中的应用，采用比色法测定，

1）流通池的设计：流通池由有机玻璃材料制成，底部嵌有透明玻璃视窗，用于彩色成像设备对传感膜颜色变化的采集。传感膜经流通池上下腔体“三明治”式地夹在流通池中间，样品溶液经蠕动泵泵入有机玻璃底座的流通池下方腔体后，在蠕动泵的压力下，透过传感膜，经流通池上方腔体后流出。

2）“指纹图谱”的建立：将含有重金属离子指示剂的传感膜分别置于其相对应的并行排布，却彼此独立的单个流通池中，通过蠕动泵将50 mL含有国标污水排放标准浓度下的重金属离子标准溶液[汞（0.05 mg/L），铅（1 mg/L），镉(0.1 mg/L)，银(0.5 mg/L)，砷(0.5 mg/L)，镍(1 mg/L)，铜(1 mg/L)，或锌(2 mg/L)]泵入各个流通池，进行多通道分析。溶液透过膜后，重金属离子被不断富集，并与各个通道膜上的不同指示剂反应，导致指示剂发生颜色的变化。 

采用CCD、数码相机或扫描仪等彩色成像设备提取各个指示剂反应前后的颜色，通过Photoshop^TM等软件对指示剂与重金属离子反应前后膜上产生的颜色进行数字化处理，得到指示剂反应前后图像对应的RGB值，将反应后图像的RGB值减去反应前图像的RGB值，提取“差减图像”的ΔR，ΔG，和ΔB值，然后按ΔR，ΔG，ΔB值还原对应的颜色图像，为各个重金属离子在国标污水排放标准浓度下建立其对应的“指纹图谱”。