一种金属离子的检测方法及其专用传感器阵列与流程

文档序号:11945823阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种金属离子传感器阵列,其特征在于:它包括低温等离子发生装置和传感单元;

所述低温等离子发生装置的放电气体中有氧气存在;

所述传感单元包括5种不同碳源的碳量子点的水溶液;所述不同碳源的碳量子点分别为以葡萄糖为碳源的1号碳量子点、以EDTA为碳源的2号碳量子点、以丙三醇为碳源的3号碳量子点、以组氨酸为碳源的4号碳量子点和以蔗糖为碳源的5号碳量子点;

所述低温等离子发生装置的出口通过导管分别与1号、2号、3号、4号和5号碳量子点的水溶液连通。

2.根据权利要求1所述的传感器阵列,其特征在于:所述低温等离子发生装置的放电气体为空气、氧气或者氮气与氧气的混合气体;和/或,所述放电气体的流速为40~280mL/min。

3.根据权利要求1或2所述的传感器阵列,其特征在于:所述5种不同碳源的碳量子点的水溶液为5种不同碳源的碳量子点原液分别用水稀释20~160倍所得的水溶液;所述5种不同碳源的碳量子点原液分别通过如下步骤制备得到:

1)1号碳量子点原液:

将聚丙烯酸钠盐和葡萄糖溶于水中,在微波条件下反应,所得溶液即为1号碳量子点原液;

2)2号碳量子点原液:

将盐酸胍和乙二胺四乙酸溶于水中,在微波条件下反应,得到碳化固体;在所述碳化固体中加入水,离心,所得上清液即为2号碳量子点原液;

3)3号碳量子点原液:

将丙三醇的水溶液和磷酸缓冲液混合,在微波条件下反应,所得溶液即为3号碳量子点原液;

4)4号碳量子点原液:

将组氨酸溶于正磷酸中,在微波条件下反应,得到碳化固体;在所述固体中加入水,离心,所得上清液即为4号碳量子点原液;

5)5号碳量子点原液:

将蔗糖、水和正磷酸混合,在微波条件下反应,在得到的液体中加入水,离心,所得上清液即为5号碳量子点原液。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的传感器阵列,其特征在于:所述导管的材质为硅胶或聚四氟乙烯;所述导管的直径为1~2mm。

5.权利要求1-4中任一项所述的金属离子传感器阵列在检测金属离子中的应用;所述金属离子为Ag+、Pb2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Fe3+、Cr3+、Co2+、Ni2+、Al3+、Mn2+、Hg2+和Ca2+中的至少1种。

6.利用权利要求1-4中任一项所述的金属离子传感器阵列检测水体中金属离子的方法,它包括如下步骤:

(1)标准图谱的建立

1)收集所述传感器阵列中5种不同碳源的碳量子点的水溶液的空白化学发光信号,将光信号转换为电信号,记为I01、I02、I03I04和I05;

2)将n种金属离子的标准溶液分别加入到以葡萄糖为碳源的1号碳量子点的水溶液中,收集每种金属离子的化学发光信号,将光信号转换为电信号,分别记为I11、I21、I31、……、In1;

将n种金属离子的标准溶液分别加入到以EDTA为碳源的2号碳量子点的水溶液中,收集每种金属离子的化学发光信号,将光信号转换为电信号,分别记为I12、I22、I32、……、In 2;

将n种金属离子的标准溶液分别加入到以丙三醇为碳源的3号碳量子点的水溶液中,收集每种金属离子的化学发光信号,将光信号转换为电信号,分别记为I13、I23、I33、……、In3;

将n种金属离子的标准溶液分别加入到以组氨酸为碳源的4号碳量子点的水溶液中,收集每种金属离子的化学发光信号,将光信号转换为电信号,分别记为I14、I24、I34、……、In4;

将n种金属离子的标准溶液分别加入到以蔗糖为碳源的5号碳量子点的水溶液中,收集每种金属离子的化学发光信号,将光信号转换为电信号,分别记为I15、I25、I35、……、In 5;

所述加入n种金属离子的标准溶液后,1号碳量子点的水溶液~5号碳量子点的水溶液中,每种金属离子的摩尔浓度均相同;

3)根据公式△Ii1=Ii1-I01,计算以葡萄糖为碳源的1号碳量子点的水溶液中所述的n种金属离子的信号差值,分别记为△I11、△I21、△I31、……、△In1;

根据公式△Ii2=Ii2-I02,计算以EDTA为碳源的2号碳量子点的水溶液中所述的n种金属离子的信号差值,分别记为△I12、△I22、△I32、……、△In2;

根据公式△Ii3=Ii3-I03,计算以丙三醇为碳源的3号碳量子点的水溶液中所述的n种金属离子的信号差值,分别记为△I13、△I23、△I33、……、△In3;

根据公式△Ii4=Ii4-I04,计算以组氨酸为碳源的4号碳量子点的水溶液中所述的n种金属离子的信号差值,分别记为△I14、△I24、△I34、……、△In4;

根据公式△Ii5=Ii5-I05,计算以蔗糖为碳源的5号碳量子点的水溶液中所述的n种金属离子的信号差值,分别记为△I15、△I25、△I35、……、△In5;

对所述信号差值进行线性判别分析,得到标准图谱;

(2)待测水体中金属离子的检测

1)收集所述传感器阵列中5种不同碳源的碳量子点的水溶液的空白化学发光信号,将光信号转换为电信号,记为I01、I02、I03I04和I05;

2)将待测水体加入到以葡萄糖为碳源的1号碳量子点的水溶液中,收集化学发光信号,将光信号转换为电信号,记为Ix1;

将待测水体加入到以EDTA为碳源的2号碳量子点的水溶液中,收集化学发光信号,将光信号转换为电信号,记为Ix2;

将待测水体加入到以丙三醇为碳源的3号碳量子点的水溶液中,收集化学发光信号,将光信号转换为电信号,记为Ix3;

将待测水体加入到以组氨酸为碳源的4号碳量子点的水溶液中,收集化学发光信号,将光信号转换为电信号,记为Ix4;

将待测水体加入到以蔗糖为碳源的5号碳量子点的水溶液中,收集化学发光信号,将光信号转换为电信号,记为Ix5;

3)根据公式△Ix1=Ix1-I01,计算以葡萄糖为碳源的1号碳量子点的水溶液中待测水体的信号差值,记为△Ix1;

根据公式△Ix2=Ix2-I02,计算以EDTA为碳源的2号碳量子点的水溶液中待测水体的信号差值,记为△Ix2;

根据公式△Ix3=Ix3-I03,计算以丙三醇为碳源的3号碳量子点的水溶液中待测水体的信号差值,分别记为△Ix3;

根据公式△Ix4=Ix4-I04,计算以组氨酸为碳源的4号碳量子点的水溶液中待测水体的信号差值,记为△Ix4;

根据公式△Ix5=Ix5-I05,计算以蔗糖为碳源的5号碳量子点的水溶液中待测水体的信号差值,记为△Ix5;

步骤(1)和步骤(2)中,所述n种金属离子选自Ag+、Pb2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Fe3+、Cr3+、Co2+、Ni2+、Al3+、Mn2+、Hg2+和Ca2+中的任意n种;n为1至13中的任意自然数;所述公式中,i为1至n中的任意自然数;

(3)将待测水体的信号差值和步骤(1)中所述n种金属离子的信号差值进行线性判别分析,将线性判别分析结果同时呈现在一个三维散点图中,观察并计算待测水体与标准图谱中某一种或多种金属离子的空间距离,通过空间距离的远近和离散程度来判断水体中金属离子的类别,即可检测所述金属离子。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:步骤(1)中的步骤2)中,所述金属离子的标准溶液的浓度为1×10-3~2×10-3mol·L-1;和/或,每1mL所述碳量子点的水溶液中,所述金属离子的标准溶液的加入量为0.5~1μL。

8.利用权利要求1-4中任一项所述的传感器阵列检测水体中Fe3+浓度的方法,其特征在于:所述方法利用所述以葡萄糖为碳源的1号碳量子点的水溶液在加入Fe3+前后化学发光信号的变化程度与加入的Fe3+的浓度成线性关系,对Fe3+的浓度进行检测。

9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:所述Fe3+的浓度与化学发光信号的变化程度呈负相关。

10.根据权利要求8或9所述的方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:

(1)标准曲线的建立

1)收集所述传感器阵列中以葡萄糖为碳源的1号碳量子点的水溶液的空白化学发光信号,将光信号转换为电信号,记为I01;

2)将等体积的不同浓度的Fe3+的标准溶液分别加入到所述传感器阵列中的以葡萄糖为碳源的1号碳量子点的水溶液中,收集化学发光信号,将光信号转换为电信号,记为IFe3+1;

3)根据公式△IFe3+1=IFe3+1-I01’,分别计算不同浓度的Fe3+的标准溶液的信号差值△IFe3+1;以Fe3+的标准溶液的浓度为横坐标,不同浓度对应的△IFe3+1为纵坐标,建立标准曲线;

(2)待测水体中Fe3+的检测

根据所述标准曲线确定的Fe3+的线性范围,采用标准加入法对待测水体中的Fe3+的浓度进行检测。

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