[发明专利]比色型化学传感器阵列、检测金属离子的方法，以及评价和优化传感器阵列的方法

说明书

本发明属于化学传感器领域，涉及比色型化学传感器阵列、检测金属离子的方法，以及评价和优化传感器阵列的方法。该比色型化学传感器阵列包括：第一传感器单元，所述第一传感器单元为具有式I所示结构的化合物，第二传感器单元，所述第二传感器单元包括具有式II所示结构的化合物和具有式III所示结构的化合物，第三传感器单元，所述第三传感器单元包括具有式II所示结构的化合物、具有式III所示结构的化合物和氢氧化钠。本发明利用比色型化学传感器阵列以及LDA和HCA的模式识别算法可以实现对不同种类不同浓度的单金属离子和金属离子混合物的检测区分，并且可以将传感器阵列进行优化，实现用最少数量的传感单元完成区别检测的目的，其中。

技术领域

本发明属于化学传感器领域，更具体地，涉及一种用于检测金属离子的比色型化学传感器阵列，一种检测金属离子的方法，以及一种评价和优化用于检测金属离子的传感器阵列的方法。

背景技术

过量的金属离子不仅会污染环境，还会危害生物安全，给人体健康造成极大隐患。因此研发新型检测平台，探究新型金属离子检测策略是十分必要的。如今环境污染的压力，人们对高品质生活水平的追求使得社会对简单便携、响应灵敏的金属离子检测设备需求越来越大。比色型化学传感器阵列具有检测简单快速、响应肉眼可观察的特点，十分符合要求。

现有的检测金属离子的方法如原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法等方法，虽然可以达到较高的检测精度，然而该类检测方法依赖于大型昂贵的专业设备，且样品预处理十分繁琐，使得其使用范围多局限在实验室内，不适于现场检测。传统的特异性单一传感器遵循“一种传感器对应一种分析物”的“钥匙-锁”模型，使用具有高度选择性的特异性分子来检测分析物。然而该种方法要求对每一种分析物都要设计对应的特异性传感器。对传感器设计及优化过程较为复杂，费时费力。

化学传感器阵列使用一系列非选择性或者半选择性的传感器单元构建成阵列，每个传感器单元单独与分析物产生不同的反应信号，这些反应信号的总和构成了该传感器阵列对检测物的响应模式，通过对每一种待测物的响应模式的分析，与数据库中已知模式对比，实现对物质的识别检测，从而避免了单一传感器对特异性受体的依赖性，大大拓展了可检测物的范围。比色型化学传感器阵列利用一系列具有交叉响应的分子构建传感器阵列对分析物进行检测，通过对有色物质颜色种类和深浅变化的分析来实现对待测组分的鉴别。具有输出信号丰富，响应迅速，颜色变化肉眼可见等特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于检测金属离子的比色型化学传感器阵列，一种检测金属离子的方法，以及一种评价和优化用于检测金属离子的传感器阵列的方法。

本发明在研究中发现，金属离子和染料分子通过静电和亲疏水性相互作用以及配位作用，从而使得染料分子发生紫外可见光吸收信号的改变。对传感器阵列的荧光响应分析本质上是一个模式识别的过程，一种金属离子溶液一种浓度对应于一种模式。利用机器学习算法进行模式识别分析，能够实现区别检测。由于不同的染料分子对于金属离子的区别检测的贡献度是不同的，因此可以编写算法以组内方差/组间方差作为评价标准对不同的染料分子的贡献度进行评价，筛选出响应贡献最大的分子，并利用最少数量的分子实现不同种类不同浓度的单金属离子以及混合金属离子的区别检测。由此，提出本发明。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种用于检测金属离子的比色型化学传感器阵列，该比色型化学传感器阵列包括以下传感器单元：

第一传感器单元，所述第一传感器单元为具有式I所示结构的化合物 (即树脂天青)

，

第二传感器单元，所述第二传感器单元包括具有式II所示结构的化合物(即双硫腙)和具有式III所示结构的化合物(即CTAB)

，

第三传感器单元，所述第三传感器单元包括具有式II所示结构的化合物、具有式III所示结构的化合物和氢氧化钠。