一种pH荧光传感膜及碱性沉积物pH二维动态分布检测方法【专利摘要】一种pH荧光传感膜，包括薄膜基材，其特征在于，将荧光染料CPIPA和荧光黄10-GN均匀混合，通过化学包埋法将两种荧光染料固定在薄膜基材表面。基于所述的pH荧光传感膜，本发明还公开了一种碱性沉积物pH二维动态分布检测方法，将pH荧光传感膜置于沉积物中，在激发光照射下通过成像装置获得两种染料光谱信息，通过R和B通道荧光比率定量方式获得到沉积物pH的分布特征。本发明的传感膜将CPIPA与具有参比效应和增亮效应的荧光黄10-GN混合作为荧光指示剂，检测灵敏度、空间分辨率高，对pH变化响应灵敏。所述的方法采用平板电极技术，通过荧光比率定量减少光学干扰，实现对碱性沉积物pH二维、动态分布信息的实时、原位获取。【专利说明】-种pH巧光传感膜及碱性沉积物pH二维动态分布检测方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及一种平板电极抑测定技术，具体涉及一种抑英光传感膜及碱性沉积物抑二维动态分布检测方法，通过英光分析方法，实现对湖泊或海洋碱性沉积物抑的二维、动态分布信息实时在线获取，同时适合水体及±壤中碱性范围抑的检测。【
背景技术：
】[0002]沉积物作为湖泊营养物质重要的储蓄库，是水体营养物质的重要来源。沉积物中污染物或营养盐的迁移转化过程是环境微观领域中研究最活跃的研究方向之一，研究沉积物-水界面营养盐及污染物环境行为一直受到研究者的重视。[0003]抑是评估湖泊、海洋沉积物中各种生物地球化学过程的主要参数，不仅控制沉积物微生物生命代谢过程，而且影响沉积物中营养盐和污染物的迁移转化，对维持生物地球化学循环和生态系统平衡发挥了极其重要作用。沉积物-水界面过程的发生大都W微尺度体现沉积物微环境下的物理、化学和生物效应。沉积物中的生物化学反应W及矿物溶解-沉淀反应会导致沉积物-水界面强烈的抑梯度变化。采用高分辨的技术准确反映pH分布信息及动力学变化是了解沉积物生物地球化学循环的关键。[0004]电化学或化学测量技术是目前使用最广泛、最成熟的抑测量方法，该一方法简单、易操作，但是测量对象仅限于溶液等均匀性流体基质，不适用于沉积物和±壤的测量。微电极法和光纤传感器是近年来新发展的抑检测手段，具有高分辨率，高精确度和原位测量的特点，虽适合于沉积物W及上覆水抑检测，但仅能实现单点测量，且微电极价格昂贵、操作繁琐，无法实时获取沉积物抑二维分布信息。因此，现有的抑测量技术已不能适应现代环境分析检测的要求。[0005]随着科技的发展，基于英光分析原理的平板电极技术应运而生。平板电极技术突破了光谱技术和电化学分析的传统模式，将新型有机功能材料通过溶胀吸附、物理包埋、化学键合或者共聚结合等方式固定在薄膜基材上，结合光学数字成像技术对目标物和干扰物进行识别，实现对环境样本的原位、无损和在线监测。由于英光响应时间极短（毫砂-砂级），线性范围宽，使用平板型传感膜可W获得二维空间的实时动态信息。另外，平板电极设备简单，操作简便，重现性及精准性高，因此该技术具有传统技术无法比拟的巨大优势。尽管如此，当前大多数英光抑指示剂多集中于酸性（如FITC=PH4?6)或接近中性区域（女口HTPS;pH5.5?8.6)，严重制约了平板电极技术的应用。碱性沉积物抑监测技术难题体现在两个方面；1)缺乏良好的碱性抑英光传感膜，且对抑变化响应灵敏；2)如何消减沉积物背景、光源衰减、薄膜漂白等因素干扰，因而针对碱性沉积物抑测量的平板电极技术尚未见报道。【
发明内容】[0006]本发明针对碱性沉积物抑平板电极测定技术存在的上述问题，旨在提供一种抑英光传感膜，所述的传感膜抑检测灵敏度、空间分辨率高，对抑变化响应灵敏，适用于检测抑在碱性区间的变化，扩宽了抑平板光电极的适用范围。[0007]本发明的另一目的还在于提供一种碱性沉积物抑二维动态分布检测方法，采用基于英光分析原理的平板电极技术，通过英光比率定量减少光学干扰，如光源衰减、沉积物背景值干扰、染料流失或者漂白带来的数据误差，基于所述的碱性抑平板电极，实现对湖泊或海洋碱性沉积物抑的二维、动态分布信息实时、原位获取，该方法也适用于水体及±壤中碱性范围抑的检测。[000引概括地说，本发明首先合成具有共辆结构的希夫碱化合物4-((lE,3巧-3-((4-氯苯基）亚氨基）-1-丙帰基）-N，N-二甲氨基苯胺（Ci7Hi7C1N2，CPIPA)，然后利用该化合物光致变色效应，对抑为6.0?10.5碱性区间响应进行英光光谱学分析检测；其次，将CPIPA染料，与具有参比效应和增亮效应的另一种英光染料-英光黄10-GN，按照优化比例进行充分混合，然后通过化学包埋法将两种染料固定在薄膜基材上制得抑英光传感膜。将抑英光传感膜置于沉积物中，通过成像装置，在特定激发光照射下获得两种染料光谱信息，通过计算和转化可W获得到沉积物pH的分布特征。[0009]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：[0010]一种抑英光传感膜，包括薄膜基材，其特征在于，将英光染料CPIPA和英光黄IO-GN均匀混合，通过化学包埋法将两种英光染料固定在薄膜基材表面。[0011]所述的CPIPA和英光黄IO-GN的重量比为1:1?4,优选1:2。本发明将不同比例的CPIPA染料与具有参比效应和增亮效应的另一种英光染料-英光黄IO-GN混合作为英光指示剂，通过化学包埋法固定在基材表面后，得到适中的信号强度来表征抑值的高低。[0012]所述的抑英光传感膜采用W下方法制备：[0013](1)取120mg聚氯己帰粒料，加入240Ul塑化剂，振荡摇匀，再加入1血四氨巧喃，按照质量百分浓度0.5%?1%和0.5%?4%分别添加两种英光染料CPIPA和英光黄10-GN，再加入3.Omg四（4-氯苯基）测酸钟，超声溶解，获得抑英光染料混合液。[0014](2)在涂膜前，充分混匀步骤（1)中得到的抑英光染料混合液，用刮膜的方法将该混合液均匀涂覆在透明的薄膜基材上，室温干燥后得到所述的抑英光传感膜，放在去离子水中备用。[0015]所述的CPIPA的合成可参见DerinkuyuS,ErtekinK,Oter0等公开的方法（FiberopticpHsensingwithlongwavelengthexcitableSchiffbasesinthepHrangeof7.0-12.0[J].Anal^icachimicaacta，2007,588(l):42-49.)。[0016]所述的薄膜基材优选PET(聚对苯二甲酸乙二醇醋）。[0017]基于所述的地焚光传感膜，本发明还涉及一种碱性沉积物地二维动态分布检测方法，包括如下步骤：[0018](1)配制一组不同抑值的缓冲液，将所述的抑英光传感膜置于缓冲液中，采用389nm的UV光源激发，并获取不同抑条件下抑英光传感膜的英光图像。[001引似对步骤（1)中获得的英光图像，采用图像处理软件（如Image乃进行RGB;通道拆分，得到两种染料。化并1馬和英光黄IO-GN分别对应的R和B通道的两种英光强度图像，计算两个通道英光强度比值I(R/B)，并将其与对应抑值进行曲线拟合，得到所述的抑英光传感膜对抑响应曲线，抑英光传感膜英光释放特征可根据化ndersson-化ssebach修订方程（式1)描述：【权利要求】1.一种pH荧光传感膜，包括薄膜基材，其特征在于，将荧光染料CPIPA和荧光黄IO-GN均匀混合，通过化学包埋法将两种荧光染料固定在薄膜基材表面。2.根据权利要求1所述的pH荧光传感膜，其特征在于，所述的CPIPA和荧光黄10-GN的重量比为I:1?4。3.根据权利要求1所述的pH荧光传感膜，其特征在于，所述的薄膜基材选自聚对苯二甲酸乙二醇酯。4.根据权利要求1、2或3所述的pH荧光传感膜，其特征在于，所述的pH荧光传感膜采用以下方法制备：(1)取120mg聚氯乙烯粒料，加入240iiL塑化剂，振荡摇匀，再加入ImL四氢呋喃，按照质量百分浓度〇.5%?1%和0.5%?4%分别添加两种荧光染料CPIPA和荧光黄10-GN，再加入3.Omg四（4-氯苯基）硼酸钾，超声溶解，获得pH荧光染料混合液；(2)在涂膜前，充分混匀步骤（1)中得到的pH荧光染料混合液，用刮膜的方法将该混合液均匀涂覆在透明的薄膜基材上，室温干燥后得到所述的PH荧光传感膜。5.-种碱性沉积物pH二维动态分布检测方法，包括如下步骤：(1)制备权利要求1所述的PH荧光传感膜；(2)配制一组不同pH值的缓冲液，将所述的pH荧光传感膜置于缓冲液中，采用389nm的UV光源激发，并获取不同pH条件下pH荧光传感膜的荧光图像；(3)对步骤（2)中获得的荧光图像，采用图像处理软件将所得图像进行RGB三通道拆分，得到两种染料CPIPA和荧光黄10-GN分别对应的R和B通道的两种荧光强度图像，计算两个通道荧光强度比值I，并将其与对应PH值进行曲线拟合，得到所述的pH荧光传感膜对pH响应曲线，pH突光传感膜突光释放特征根据Hendersson-Hassebach修订方程（式1)描述：式中I为不同pH值时荧光强度比值,M1为起始经验常数,M2为最终经验常数,pKa为测量范围中心系数，B为Sigmoidal函数宽度；(4)沉积物pH测试：将所述的pH荧光传感膜插入沉积物中，将清洗后的pH荧光传感膜按照与步骤（2)相同的方法获取荧光图像，再按照与步骤（3)相同的方法，由荧光图像上各点的荧光强度比值I根据PH响应曲线计算得到该点对应的pH值。6.根据权利要求5所述的碱性沉积物pH二维动态分布检测方法，其特征在于，所述的方法检测的pH范围为6.0?10.5。【文档编号】G01N21/64GK104359884SQ201410643390【公开日】2015年2月18日申请日期:2014年11月13日优先权日:2014年11月13日【发明者】韩超,姚磊,丁士明申请人:中国科学院南京地理与湖泊研究所