一种基于可视化技术的多种痕量重金属离子同时检测方法
【专利摘要】本发明一种基于可视化技术的多种痕量重金属离子同时检测方法，属于痕量重金属离子检测【技术领域】。采用卟啉及吡啶偶氮类化学显色剂作为可视化传感器敏感材料，可视化传感器阵列基板由亲水性混合纤维酯薄膜、ABS塑料薄板（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）、防水性双面胶制备，通过毛细管阵列点样的方式将化学显色剂点在基板上制备可视化传感器阵列；采集的信号为反应体系中反应前、后可视化传感器阵列R，G，B颜色值的差值；数据处理采用化学计量学中的多元回归算法。本方法可实现痕量Pb、Cd、Hg重金属离子的同时检测，具有检测成本低、检测时间短、操作简便、灵敏度高、重复性好等优点。本发明的测试能得到符合实际的效果。
【专利说明】-种基于可视化技术的多种痕量重金属离子同时检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于痕量重金属离子检测【技术领域】，具体涉及的是一种基于可视化技术的 多种痕量重金属离子同时检测方法，包括可视化传感器阵列的制备、信息采集以及数据处 理。
【背景技术】
[0002] 重金属污染物在环境中难以降解，可在动、植物体内蓄积，通过食物链的不断富 集，浓度可成千上万倍的增加，对人体健康造成巨大的潜在危害。因此、重金属一直是食品 品质控制、环境监测等领域的重要检测指标。强毒性重金属（Pb、CcU Hg等）同时检测方法 的研究一直是国内外的研究热点问题。目前，重金属的检测方法主要有，光谱法(包括，原子 吸收光谱法、电感耦合等离子体-原子发射光谱法、原子荧光光谱法、分光光度法等)，质谱 法（电感耦合等离子体-质谱法等）以及电化学分析法(伏安法、电位法、电导法等）等。光 谱法、质谱法一般需要大型仪器，且需要专门的操作人员；电化学法存在的缺陷在于测试液 准备步骤繁琐、电极费用较高且重复使用较为困难等。因此，需要开发新的检测方法实现多 种痕量重金属的同时检测。
[0003] 可视化传感技术是一种新型的样品中微、痕量化学成分检测技术，其基本原理是 样品溶液中的化学物质与可视化传感器阵列发生反应，致使传感器的颜色发生变化即可视 化，通过对这种颜色变化的分析，可对样品溶液中的微、痕量化学物质进行定性、定量分析。 可视化技术不需要大型仪器、操作方便、费用低、不需要专门的操作人员。因此，近年来，可 视化技术在食品品质、环境监测、医疗诊断等领域中的应用研究受到国内外研究人员的广 泛关注。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有多种重金属离子同时检测技术的诸多缺陷，本发明提供了一种基于 可视化技术的多种痕量重金属离子同时检测方法。
[0005] 本发明的技术方案概述如下：所述的一种基于可视化技术的多种痕量重金属离子 同时检测方法，包括可视化传感器阵列的制备、信息采集及数据处理3个步骤。
[0006] 所述的可视化传感器阵列由对重金属离子具有颜色响应的化学显色剂、混合纤维 素酯薄膜、ABS塑料薄板(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）及防水双面胶制备。
[0007] 所述的对重金属离子具有颜色响应的化学显色剂为卟啉类化合物和吡啶偶氮类 化合物，具体为：meso-四(对轻基苯基）P卜啉、meso-四(对氨基苯基）P卜啉、meso-四苯基口卜 琳、mes〇-四(对甲氧基苯基）P卜琳、1- (2_批陡偶氣）_2_蔡酌·、4_ (2_批陡偶氣）间苯二酌· 等。
[0008] 所述的可视化传感器阵列的制备步骤为： 第一步，化学显色剂溶液的制备：将所筛选出的卟啉类化学显色剂及吡啶偶氮类化学 显色剂溶解在氯仿试剂中，制备成浓度为I-IOmM的化学显色剂溶液。
[0009] 第二步，可视化传感器阵列基板的制备：首先将ABS塑料薄板加工成带有数个均 匀排列的小孔的长方形方块；然后，将混合纤维素酯薄膜夹在2片ABS薄板之间，且让2片 ABS薄板上的小孔对齐，使得中间的混合纤维素酯薄膜能够暴露出来；最后用防水双面胶 将ABS薄板及混合纤维素酯薄膜固定。
[0010] 第三步：将第一步得到的化学显色剂溶液通过微量取样装置取〇. 1-10 μ L固定在 基板上小孔内的混合纤维素酯微孔薄膜上，一个小孔固定一种可视化敏感材料，然后将氯 仿干燥后得到可视化味觉传感器阵列。
[0011] 所述的一种基于可视化技术的多种痕量重金属离子同时检测方法，混合纤维素酯 微薄膜孔径为0. 15-8 μ m ;ABS塑料薄板厚度为0. l-2mm ;加工后ABS塑料薄板上小孔直径 为2-6cm，长方形方块面积为3-5cm2。
[0012] 所述的采集的信号为反应体系中反应前、后可视化传感器阵列R，G，B颜色值的差 值。
[0013] 所述的一种基于可视化技术的多种痕量重金属离子同时检测方法，数据处理方法 为化学计量学中的回归算法，包括，神经网络回归、偏最小二乘回归、或支持向量机回归等。 以采集到的可视化传感器阵列数据作为自变量，以重金属离子浓度作为因变量构建重金属 离子的定量预测模型。根据回归模型性能，筛选出针对特定样品重金属离子浓度预测效果 最优的回归算法作为数据处理方法。模型性能的评价指标如下： ①交互验证均方根误差（Root mean square error of cross-validation, RMSECV): 该指标主要用于评价某种建模方法的可行性及所建模型的预测能力，在模型训练过程中通 过交互验证的方法来计算的。
【权利要求】
1. 一种基于可视化技术的多种痕量重金属离子同时检测方法，包括可视化传感器阵列 的制备、信息采集及数据处理3个步骤，其特征在于，可视化传感器阵列由对重金属离子具 有颜色响应的化学显色剂、混合纤维素酯薄膜、ABS塑料薄板(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)及 防水双面胶制备；采集的信号为反应体系中反应前、后可视化传感器阵列的颜色变化；所 采用的数据处理方法为化学计量学中的多元回归算法。
2. 根据权利要求1所述的一种基于可视化技术的多种痕量重金属离子同时检测方法， 其特征在于，对重金属离子具有颜色响应的化学显色剂为卟啉类显色剂和吡啶偶氮类显色 剂。
3. 根据权利要求1所述的一种基于可视化技术的多种痕量重金属离子同时检测方法， 其特征在于，可视化传感器阵列制作步骤为： 第一步，化学显色剂溶液的制备：将所筛选出的卟啉类化学显色剂及吡啶偶氮类化学 显色剂溶解在氯仿试剂中，制备化学显色剂溶液； 第二步，可视化传感器阵列基板的制备：首先将ABS塑料薄板加工成带有数个均匀排 列小孔的长方形方块；然后，将混合纤维素酯薄膜夹在2片ABS薄板之间，且让2片ABS薄 板上的小孔对齐，使得中间的混合纤维素酯薄膜能够暴露出来；最后用防水双面胶将ABS 薄板及混合纤维素酯薄膜固定； 第三步：将第一步得到的化学显色剂溶液通过微量取样装置取〇. 1-10 μ L固定在基板 上小孔内的混合纤维素酯薄膜上，一个小孔固定一种可视化敏感材料，然后将氯仿干燥后 得到可视化传感器阵列。
4. 根据权利要求3所述的一种基于可视化技术的多种痕量重金属离子同时检测方法， 其特征在于，化学显色剂溶液浓度为1-lOmM。
5. 根据权利要求3所述的一种基于可视化技术的多种痕量重金属离子同时检测方法， 其特征在于，混合纤维素酯薄膜孔径为0. 15-8 μ m。
6. 根据权利要求3所述的一种基于可视化技术的多种痕量重金属离子同时检测方法， 其特征在于，ABS塑料薄板厚度为0. l-2mm。
7. 根据权利要求3所述的一种基于可视化技术的多种痕量重金属离子同时检测方法， 其特征在于，加工后ABS塑料薄板上小孔直径为2-6cm。
8. 根据权利要求3所述的一种基于可视化技术的多种痕量重金属离子同时检测方法， 其特征在于，加工后的ABS塑料薄板3-5cm 2。
9. 根据权利要求1所述的一种基于可视化技术的多种痕量重金属离子同时检测方法， 其特征在于，采集的信号为反应体系中反应前、后可视化传感器的R，G，B颜色差值。
10. 根据权利要求1所述的一种基于可视化技术的多种痕量重金属离子同时检测方 法，其特征在于，数据处理方法为化学计量学中的多元回归算法，包括，神经网络回归、偏最 小二乘回归、或支持向量机回归等。
【文档编号】G01N21/78GK104237217SQ201410314655
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】黄星奕, 韩方凯 申请人:江苏大学