一种基于荧光探针膜材料的重金属离子检测装置

本技术涉及地下水中重金属浓度以及形态的原位检测领域，具体是一种基于荧光探针膜材料的重金属离子检测装置。

背景技术：

1、随着工业的快速发展，土壤、大气以及水体中的重金属污染问题日益严重，它们可能会通过皮肤接触或者口服等途径进入人体中。人体中重金属超标会对身体的内脏器官造成损害，并且长期接触重金属还会可能会造成神经系统、免疫系统和身体肌肉的退化，甚至可能会导致癌症。因此，自然环境中重金属的浓度与人类健康息息相关，其中水环境中的重金属污染问题受到大家的广泛关注，需要对水中重金属种类和浓度进行检测和定量分析。

2、目前基于荧光检测技术的荧光分光光度计已经开始被广泛用于水中重金属的检测领域，其具有灵敏度高、快速、无侵入性等优点，但是该装置结构复杂，价格昂贵，而且无法实现重金属的原位测量。

3、为解决这个问题，专利(cn113866141a)提供了一种基于激光诱导荧光技术的地下水重金属原位检测装置，包括具有防水腔体、光学系统、重金属膜和信号处理与控制单元。防水腔体为一密封结构，上方设置有防水接口，光学系统置于所述的防水腔体内，包括激光二极管、激发光准直聚焦镜组、激发光光陷阱、荧光准直镜、滤光片、荧光聚焦镜和光纤。重金属膜是双层膜结构，外层是拦截膜，内层是响应膜。所述的信号处理与控制单元，包括控制中心、光源驱动模块和光电探测器。

4、该现有技术仍存在一些问题：1)该装置的重金属膜直接贴附在光学窗口表面，重金属膜容易随着使用时间的延长发生脱落，影响装置的使用寿命；2)该装置的重金属膜与地下水接触面积太小，两者需要长时间结合，检测效率太低；3)该装置整体的集成度不高，仅限于特定的检测环境，不便于整机的装配。

技术实现思路

1、(一)本实用新型所要解决的技术问题

2、针对现有探测装置的不足，本实用新型提出了一种基于荧光探针膜材料的重金属离子检测装置，可以提高液体与重金属膜反应速率，配合已有的检测装置可以实现了地下水中重金属浓度以及形态的快速有效检测，具有体积小、适用面广、稳定性高、检测速度快等特点。

3、(二)本实用新型的技术解决方案

4、一种基于荧光探针膜材料的重金属离子检测装置，其特点在于，水下部分包括防水腔体、伺服电机、充有反应液的样液杯、搅拌器、多孔结构、取水管、重金属膜和光学系统；所述样液杯的上部与所述防水腔体相连，所述光学系统置于所述防水腔体内，所述样液杯的下部与所述取水管相连，使待测地下水经所述取水管后存储在所述样液杯内；

5、所述的搅拌器一端伸入样液杯内部，另一端与伺服电机相连，所述伺服电机带动搅拌器工作，从而使待测地下水和反应液充分融合，形成混合液；

6、所述的多孔结构呈圆柱形状，一端与所述光学系统连接，另一端置于所述样液杯内，所述圆柱形表面均匀分布有多个通孔，所述重金属膜嵌入在所述圆柱形多孔结构的中央。所述重金属膜由内层膜和外层膜构成，所述外层膜位于远离所述光学系统的一端，用于过滤待测地下水的杂质，使待测地下水中的重金属离子通过；所述内层膜位于靠近所述光学系统的一端，过滤后的混合液中的重金属离子吸附在所述内层膜下表面；同时混合液通过所述通孔与所述内层膜上表面接触，混合液中的重金属离子同样吸附在所述内层膜上表面。待所述混合液与所述重金属膜充分接触，经由所述光学系统出射的激光便会在所述重金属膜表面激发荧光反应。

7、进一步，所述的多孔结构外部采用螺纹结构与防水腔体固定，圆柱中部采用螺纹加垫圈的形式，使得重金属膜充分固定；圆柱表面均匀分布有多个通孔，地下水可以通过这些通孔穿过圆柱结构，使得重金属膜被混合液完全包裹。

8、进一步，所述的样液杯采用玻璃材质，与防水腔体共同构成密封结构，用于待测地下水的存储；样液杯上部采用螺纹密封结构与防水腔体连接，便于整机的装配和集成；样液杯上部留有连接口，用于与搅拌器连接。

9、进一步，所述光学系统至少由5片透镜组成，具有大数值孔径和高灵敏度特性，可以快速准确的对于重金属膜上激发的荧光信号进行收集，通过计算机分析进而得到地下水中重金属浓度以及形态分布。该光学系统体积小，结构紧凑，从而保证了整机的高集成度和小型化。

10、进一步，所述反应液为0.5mol/l的hcl和0.5mol/l的naoh组成的混合液，待测重金属离子在特定的酸碱性条件下更易与重金属膜吸附。

11、(三)本实用新型的技术效果

12、1)本实用新型采用多孔结构，使得重金属膜被地下水包裹，增加了两者的接触面积，很大限度的提升了重金属浓度的检测效率。

13、2)本实用新型的重金属膜采用密封装置固定在腔体内，不再随着使用时间的延长发生脱落，提升了装置的使用寿命。

14、3)本实用新型很大程度提高了装置的集成度，便于整机的组装。

技术特征：

1.一种基于荧光探针膜材料的重金属离子检测装置，其特征在于，水下部分包括防水腔体、伺服电机、充有反应液的样液杯、搅拌器、多孔结构、取水管、重金属膜和光学系统；所述样液杯的上部与所述防水腔体相连，所述光学系统置于所述防水腔体内，所述样液杯的下部与所述取水管相连，使待测地下水经所述取水管后存储在所述样液杯内；

2.根据权利要求1所述的一种基于荧光探针膜材料的重金属离子检测装置，其特征在于，所述的多孔结构外部采用螺纹结构与防水腔体固定，圆柱中部采用螺纹加垫圈的形式，使得重金属膜充分固定；圆柱表面均匀分布有多个通孔，地下水可以通过这些通孔穿过圆柱结构，使得重金属膜被混合液完全包裹。

3.根据权利要求1所述的一种基于荧光探针膜材料的重金属离子检测装置，其特征在于，所述的样液杯采用玻璃材质，与防水腔体共同构成密封结构，用于待测地下水的存储；所述样液杯上部采用螺纹密封结构与防水腔体连接，便于整机的装配和集成；所述样液杯上部留有连接口，用于与搅拌器连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于荧光探针膜材料的重金属离子检测装置，其特征在于，所述光学系统至少由5片透镜组成，具有大数值孔径和高灵敏度特性，可以快速准确的对于重金属膜上激发的荧光信号进行收集，通过计算机分析进而得到地下水中重金属浓度以及形态分布。

5.根据权利要求1所述的一种基于荧光探针膜材料的重金属离子检测装置，其特征在于，所述反应液为0.5mol/l的hcl和0.5mol/l的naoh组成的混合液，待测重金属离子在特定的酸碱性条件下更易与重金属膜吸附。

技术总结
本技术公开了一种基于荧光探针膜材料的重金属离子检测装置，涉及地下水中重金属浓度以及形态的原位检测领域。该装置主要由样液杯、搅拌器、多孔结构、重金属膜和光学系统组成。装置采用多孔结构，地下水可以通过该结构实现重金属膜的充分浸润，提高了两者的反应速率，配合已有的检测装置可以实现地下水中重金属浓度以及形态的快速有效检测，具有体积小、适用面广、稳定性高、检测速度快等特点。

技术研发人员：朱菁,王灏,陈斌,张佩,黄惠杰
受保护的技术使用者：中国科学院上海光学精密机械研究所
技术研发日：20230718
技术公布日：2024/3/4