[发明专利]污染物检测装置和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年12月3日提交的同时待审美国临时专利申请62/087,032和2015年4月10日提交的同时待审美国临时专利申请62/145,826的优先权，其全部内容通过引用结合到本文中。

关于联邦资助的研究或开发的声明

本发明根据USDA/NIFA授予的11-CRHF-0-6055和NSF授予的0968887在政府支持下产生。政府拥有本发明的某些权利。

发明领域

本发明涉及流体检验，更具体地讲，涉及流体样品中污染物和pH水平检验。

发明背景

土壤、地下水和空气被污染物(例如铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、铜(Cu)、锌(Zn)等)污染可造成环境和健康问题。即使在微量浓度，空气、食品和饮用水中存在的污染物也可生物积累，并对人健康造成威胁。这种威胁已使机构制定某些污染物浓度水平的指标。例如，世界卫生组织(WHO)已将饮用水中的限制铅浓度指标制定为10ppb。根据美国环保局(USEPA)，10-20%成年人和40-60%婴幼儿仍通过饮用水暴露于铅。

发明概述

考虑到前文，本发明的不同实施方案提供用于检测和监测流体样品中污染物浓度的改良方法和装置。另外，本发明的不同实施方案提供用于测定流体样品pH水平的改良方法和装置，这有多种应用，其中之一是更精确测定流体样品中的污染物浓度。

在一个方面，本发明提供一种用于测定流体样品内污染物浓度的装置。装置包括电源和电连接到电源的控制单元。控制单元构造成提供输入信号，并检测来自电极组合件的相应输出信号。电极组合件包括电连接到参比电极的第一触点、电连接到半胱氨酸官能化氧化石墨烯与聚吡咯纳米复合物改性的工作电极的第二触点和电连接到对电极的第三触点。输出信号指示流体样品内的污染物浓度。

在另一个方面，本发明提供一种用于测定流体样品内污染物浓度的电极组合件。电极组合件包括电连接到参比电极的第一触点、电连接到半胱氨酸官能化氧化石墨烯与聚吡咯改性的工作电极的第二触点和电连接到对电极的第三触点。

在另一个方面，本发明提供一种用包括电极组合件和控制单元的污染物检测装置测定流体样品内污染物浓度的方法。首先，使流体样品与电极组合件接触，该组合件包括参比电极、具有半胱氨酸官能化氧化石墨烯与聚吡咯纳米复合物的检测电极和对电极。控制单元然后对检测电极施加第一电信号，随后对检测电极施加第二电信号。控制单元构造成用控制单元跨参比电极和检测电极检测输出信号，同时施加第二电信号，以基于输出信号测定污染物浓度。

在另一个方面，本发明提供一种用包括电极组合件和控制单元的污染物检测装置测定流体样品内污染物浓度的方法。首先，使流体样品与电极组合件接触，该组合件包括参比电极、检测电极和对电极。然后，在对检测电极施加第一电信号之前、之后或同时，控制单元检测电极组合件的电路电位，以测定流体样品的pH。方法也包括用控制单元对检测电极施加第二电信号并跨参比电极和对电极检测电位变化。方法进一步包括用控制单元基于流体样品的pH使第一输出与流体样品内的污染物浓度相关。

在另一个方面，本发明提供一种用于测定流体样品内污染物浓度的装置。装置包括电源和电连接到电源的控制单元。控制单元构造成将第一输入信号和第二输入信号提供到电极组合件和检测来自电极组合件的相应第一输出信号和第二输出信号，该电极组合件包括电连接到参比电极的第一触点、电连接到检测电极的第二触点和电连接到对电极的第三触点。第一输出信号指示流体样品的pH，第二输出信号基于流体样品的pH与流体样品内的污染物浓度相关。

在另一个方面，本发明提供一种用于测定流体样品pH的装置。装置包括电源和电连接到电源的控制单元。控制单元构造成检测来自电极组合件的输出信号，该电极组合件包括电连接到参比电极的第一触点和电连接到包括氧化石墨烯层和金属氧化物层的工作电极的第二触点。装置也包括微流体滤纸，微流体滤纸构造成接收流体样品，并将流体样品输送到电极组合件。通过控制单元检测的输出信号指示流体样品内的pH水平。

在另一个方面，本发明提供一种用包括微流体滤纸、电极组合件和控制单元的pH检测装置测定流体样品内pH的方法。首先，使流体样品与微流体滤纸接触，微流体滤纸通过微流体滤纸内的毛细管作用将流体样品输送到电极组合件。电极组合件包括参比电极和具有氧化石墨烯层和金属氧化物层的工作电极。控制单元构造成检测电极组合件和流体样品的电路电位，基于电路电位测定流体样品的pH。