[发明专利]络合比色阵列微流控纸芯片结合智能手机检测重金属离子的方法

说明书

本发明公开了络合比色阵列微流控纸芯片结合智能手机检测重金属离子的方法，属于分析检测技术领域。本发明筛选了合适的络合试剂(TMK、PAR、BCP、CDI、XO、DPC)组成阵列，并将络合阵列包埋于纸基微流控芯片中，构建了微流控纸芯片检测Hg²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺和Cu²⁺这四种重金属离子，然后利用普通智能手机拍照结合RGB(红绿蓝)标准化颜色系统，实现信号的采集和数据分析，利用LDA对重金属离子的标准溶液(训练集)建立数据库和模型，并对实际水样中阵列对于重金属离子的区分能力来与数据库和模型进行比对，可以实现离线式快速判别重金属离子的存在与否。

技术领域

本发明涉及络合比色阵列微流控纸芯片结合智能手机检测重金属离子的方法，属于分析检测技术领域。

背景技术

20世纪50年代，日本由于Hg²⁺和Cd²⁺污染引起的水俣病和骨痛病等事件的发生，重金属污染被越来越多的关注。同时50年代后由于环境问题，环境学这门新的学科逐渐诞生和发展，无论是国外的环境保护生态学还是国内的污染生态学，重金属研究都是作为环境生态的污染物研究的首位。重金属在各生态体系中的存在对生物体产生严重的影响，并且其难降解和随着食物链富集的特点极具危险性。因此，重金属的研究对环境生态及生物体的健康都十分重要。

目前重金属检测方法主要可以分为传统检测和快速检测两大类，其中借助精密仪器检测可以准确得知样品中的重金属含量，具有灵敏性好、准确度高等优点，十分适合于痕量检测，但同时也需要昂贵的仪器、复杂的前处理和专业的技术人员。快速检测方法是近年来备受关注，它们可以实现对重金属离子的快速现场检测，具有快速、操作简单和样品前处理不复杂等优点，但是无法达到精密仪器检测的灵敏和准确，大多时候只能实现定性半定量。

随着我国经济和发展和工业化水平的提高，尤其在不发达地区，大量工厂废水直接或检测排放进入环境水中，而这些地区不具备实验室检测的条件。近年来我国也爆发过多起重金属污染事件，例如湖南大埔县的儿童血铅超标事件，镉大米事件和日照等地土壤污染事件等。由此可见我国重金属污染形势依然需要预防和整治，所以对重金属离子污染情况进行快速监测是十分必要的，因此建立快速现场检测重金属离子的方法是十分必要的。

阵列检测与传统的检测方法最主要的区别就是，阵列利用多种传感元件与多种分析物同时相互作用，来识别复杂混合物的整体变化，而不是识别其中的特定元素。因此对于复杂分析物中的识别尤为强大。另外由于统计学和化学计量学在化学分析方面的发展，以及对于许多复杂的传感无法用传统的方法解决的认知，基于阵列的丰富数据输出的传感器正在被分析界广泛接受和使用。尤其是比色阵列中，传感器涉及分析物与染料的相互识别，并产生裸眼可见的颜色变化，方法快捷简便，信号获取直观。在我们前期研究中发现络合比色阵列能够同时区分多种重金属离子(申请号202011387904.6)，然而检测依赖于相关专业仪器和实验室条件，无法实现便携化现场检测。

而纸基微流控近十年来发展迅速，尤其是在生命科学领域的运用。微流控纸基检测平台可以实现低成本、便携、简单的分析检测、集富集分离和检测于一体的纸上实验室。在滤纸上构建微流控主要是区分亲疏水通道，将不同的疏水性材料固化在纸上。借助纸基检测有几个显著优势：1)不需要外部动力就可以实现一定距离的液体自输送；2)滤纸由纤维素构成，纤维素含量多且致密，可贮存微量的物质；3)成本低，且易运输和保存。将纸基结合微流控对于比色阵列的呈现是十分有利的。因此将络合阵列与纸基微流控相结合，以探索实现重金属离子的现场化检测的可能性。

发明内容