便携式金属离子测定器的制造方法
【专利说明】便携式金属离子测定器
[0001] 发明背景
[0002] 1.发明领域
[0003] 本发明用于便携式金属离子检测器领域。
[0004] 2.相关技术
[0005] Hg2+是一种高毒金属离子能引起严重的健康和环境问题。很明显，政府已认识到 检测和规范环境中Hg 2+的含量的必要性。可接受的Hg2+浓度是相当低的。比如，为了提供 安全的饮用水，Hg 2+的浓度应该低于2ppb (或10nM)。
[0006] 为了用最小误差测定如此痕量的Hg2+，一个非常高选择性的传感器技术是必须的。 达到高选择性是非常困难的，因为Hg 2+与其它的生理重要的二价金属离子如Mg2+，Mn2+，Ca2+， Zn 2+，Fe2+，Cu2+是共存于自然界中的。此外，污染的水样中可能含有Cd 2+，Pb2+，Ba2+，Ni2+和其 它离子，这些离子的存在对人体健康可能是有害的。而且，这些离子的浓度可能比Hg 2+高， 这给准确测定Hg2+的浓度带来了一个重要的挑战。
[0007] 已经有提供高灵敏度和高选择性的Hg2+测定的设备。然而，这些设备大、昂贵、不 方便携带。因此，样品必须被准备并且运送到测定仪器地点。这个方法给样品的处理带来 了问题并且提高了测定的成本。可携带性是非常有优势的因为在远处和/或在变化的地点 测定Hg 2+是需要的。便携式系统显著地降低了样品的处理程序并且提供了现场实时的测定 结果。这个可携带性的需求导致了大量便携设施用于Hg 2+测定。例如，一些已有的便携设 施用紫外吸收技术扫描Hg2+的存在。然而，尽管非常努力了，工厂里还不能生产性价比高的 高灵敏度和选择性的便携设施以满足Hg 2+测定。
[0008] 简单介绍
[0009] 本发明与高灵敏和高选择性的便携式金属离子检测器系统有关。在一个实施方案 中，金属离子是Hg 2+。这个便携式测定器系统中用一个或多个参考标准时荧光强度与样品 中金属离子的含量相关。这个测定系统可在样品收集点或附近使用，能提供及时或几近即 时的测定结果。
[0010] 在一个实施方案中，这个金属离子测定系统包括一个至少部分容纳样品的机身， 一个光源，一个荧光测定器，一个电路。安装样品室是为了盛放样品金属离子等，例如，Hg2+。 光源光学耦合到样品室并照射样品。光源有一个适合键合Hg 2+的荧光团的激发波长。荧光 团的发射波长选择的是键合金属离子的灵敏波长。与金属离子键合后，荧光团的荧光发生 变化。在一个实施方案中，荧光的变化是荧光团分子与Hg 2+键合引起的任何可测的荧光变 化。例如，Hg2+的键合能降低荧光强度，提高荧光强度，或者使荧光波长发生移动。
[0011] 待测试样品在指定波长处的荧光强度与已知金属离子浓度的参考标准的荧光强 度相比较可以得出待测试样品的金属离子浓度。在指定波长的荧光强度用光学耦合到样品 室的荧光检测器测定。电路把测试样品的荧光强度和一种已知金属离子浓度的参考样品的 荧光强度相关联。例如，如果参考标准样品与测试样品产生相同的荧光强度，那么参考标准 样品中的Hg 2+浓度就等于测试样品中Hg 2+的浓度。
[0012] 为了校准设备，已知金属离子浓度的一个或多个参考标准被放置于设备中。用不 同的已知金属离子浓度参考标准的多数，荧光强度和金属离子浓度的关系被建立并储存在 设备的电路中。这个关系允许金属离子浓度在适合的浓度范围，但不一定是和参考标准的 浓度一样。为了实现最准确的相关性，希望用一个金属离子浓度包含了测试样品估计的金 属离子浓度的参考标准来校准设备。
[0013] 本发明的这些和其它的优势和特征通过下面的描述和附加申明会更加凸显，或者 通过下文中所述的本发明的实际应用来了解。
[0014]图纸的简单描沐
[0015] 为了进一步阐明本发明以上和其它的优势和特征，本发明的一个更详细的描述将 通过参考附加图纸中关于它具体的方案来呈现。这些图纸描述的仅仅是发明的个别应用方 案，但不排除其他应用范畴。这个发明其他的特征和细节将通过这些附加的图纸来描述和 解释：
[0016] 图1是根据本发明中具体的便携式汞检测器设备的图解说明；
[0017] 图2是便携式汞检测器的透视图；
[0018] 图3是图2中便携式汞检测器样品盖打开显示样品室的透视图；
[0019] 图4是lyM荧光团溶液的滴定曲线；
[0020] 图5是图4中滴定曲线的线性拟合部分；
[0021] 图6是图7中滴定曲线的线性拟合部分；
[0022] 图7是2yM荧光团溶液的滴定曲线；
[0023] 图8是连接到便携式电源设备的便携式汞检测器。
[0024] 详细描沐
[0025] I.便携式金属离子检测器
[0026] 图1根据发明的一个方案显示了便携式汞检测器100的光学和电力配置的图解。 便携式汞检测器包括一个光学系统110和电路系统112。配置光学系统110是照射和传感 样品中的荧光团，配置电路系统112是操作光学系统110和关联汞离子浓度和检测信号。
[0027] 光学系统110可以包括光源114,样品前光学系统116,样品室118,样品后光学系 统120,检测器122。
[0028] 光源114可以是在荧光团激发波长处产生足量光的任何光源以检测荧光。光源 114可以是全波段光过滤后产生理想的适合激发荧光团的波长，或者在荧光团激发波长处 有发射属性是优选的更适宜的光源114。光源可在远紫外，紫外及可见区发光。
[0029] 光源114优选是发光二极管。发光二极管因效率被优选，这对于保持电池寿命是 重要的。LEDs倾向于发射窄波段的光，可选择与荧光团激发波长部分重叠的光波。LED可 有窄的发射宽度。例如，超过90%的发射光谱可以在20nm宽度内。尽管不要求LED是激光 二极管。
[0030] 汞检测器100可视情况包括样品前光学系统116。光学系统116可从光源114可 被用于过滤，传输，和/或聚集光。样品前光学系统116可包括任何数目的滤光片，反光镜， 透镜，光导纤维，准直仪，和在理想波长处帮助荧光团发光的类似东西。光学系统116优选 包括滤光器过滤荧光团激发波长以上的波长，尤其是在用检测器100时荧光团发射波长范 围内的波长。通常，发射波长比激发波长要长。因此，样品前光学系统可包括短波通滤波器 (即，允许短波长）。在一个实施方案中，短波通滤波器可以在380nm，488nm或510nm或者 这些波长±20mn范围内。
[0031] 样品室118是接受和容纳样品以及和光源114光学匹配的。样品室118有超过检 测器122灵敏度并产生荧光强度的适合尺寸，以及最小的噪音。样品室样品的容量可以是 0? lml-10ml，0.3ml-6ml，lml-3ml〇
[0032] 样品室使用对荧光团的激发和发射波长透明的材料制备。例如，样品室可以是石 英玻璃。在一个实施方案中荧光团的激发和发射波长可以在可见光区，样品室可以用相对 廉价的聚合物材料制备。材料包括石英玻璃，硼硅玻璃，石英，聚苯乙烯，聚碳酸酯，或者聚 丙烯。
[0033] 汞检测器100可以包括样品后光学系统120去光学耦合来自样品室的光到检测器 122。光学系统120可被用于过滤，传输，和/或聚集来自样品室118的光以备影响检测器 122的光。样品后光学系统120可包括任何数目的滤光片，反光镜，透镜，光导纤维，