[发明专利]指示剂置换比色传感器阵列用于多种阴离子检测的方法

摘要

本发明涉及指示剂置换比色传感器阵列用于水中多种阴离子检测的方法：将几种金属离子有色螯合剂与其相对应的金属离子受体在水溶液条件下进行混合生成螯合物，从而构建指示剂置换比色传感器阵列。借助于不同阴离子与金属离子之间的沉淀反应以及进一步生成络合物的作用，将金属离子从有色的螯合物中置换出来，从而引起螯合物颜色的变化。采用这种方法，可以迅速对水中S2-，F-，Cl-，Br-，I-，SO42-，PO43-，CrO42-，NO2-，C2O42-十种痕量阴离子是否超出国家的污水或饮用水排放标准进行快速判定。在样品测试过程中，采用聚类分析以及主成分分析等数理统计方法，将样品的图谱与“指纹图库”对照，从而对未知的阴离子进行定性或半定量的分析。

主权项

一种指示剂置换比色传感器阵列用于多种阴离子检测的方法，包括金属离子有色螯合剂与相应金属离子的螯合，阴离子置换，比色读取，以及样品测定，其特征在于：以金属离子有色螯合剂及其相对应的金属离子受体在水溶液中的螯合物作为阴离子指示剂材料；为检测多种阴离子，将18种金属有色螯合物置于3x6的18孔板中作为检测单元，提取每种有色螯合物对应的颜色信息，将所有这些颜色信息归总，构建阵列系统；基于金属离子能与阴离子形成沉淀，在阴离子过量情况下，部分沉淀进一步溶解的原理，构建十种阴离子与金属有色螯合剂共同竞争金属离子的反应；通过提取各个反应后的溶液颜色信息，将所有这些信息归总，构建阵列系统：1)金属离子螯合剂与其相对应的金属离子螯合：1×10‑6‑5×10‑5摩尔浓度金属离子溶液与对应的金属离子螯合剂按离子与螯合剂1∶1‑1∶3摩尔比混合，产生颜色变化；所述金属离子有色螯合剂分别为：茜素，茜素红，偶氮胂III，二苯偶氮碳酰肼，玫瑰红银试剂，2‑(3，5‑二溴‑2‑吡啶偶氮)‑5‑二乙氨基酚，1，3‑二氨基‑4‑(5‑溴‑2吡啶偶氮)苯，紫尿酸铵，1‑吡啶偶氮‑2‑萘酚；金属离子受体分别为汞，铅，镉、银，镍、铜，钡，锆；其搭配为：茜素+Pb2+，茜素+Cu2+，茜素红+Zr2+，偶氮胂III+Ba2+，二苯偶氮碳酰肼+Pb2+，二苯偶氮碳酰肼+Hg2+，二苯偶氮碳酰肼+Cd2+，二苯偶氮碳酰肼+Ni2+，玫瑰红银试剂+Cu2+，瑰红银试剂+Hg2+，2‑(3，5‑二溴‑2‑吡啶偶氮)‑5‑二乙氨基酚+Cu2+，2‑(3，5‑二溴‑2‑吡啶偶氮)‑5‑二乙氨基酚+Hg2+，1，3‑二氨基‑4‑(5‑溴‑2吡啶偶氮)苯+Hg2+，紫尿酸铵+Cd2+，1‑吡啶偶氮‑2‑萘酚+Pb2+，1‑吡啶偶氮‑2‑萘+Cu2+，1‑吡啶偶氮‑2‑萘酚+Hg2+；2)阴离子的置换反应：向步骤1)溶液中等体积加入1×10‑6‑1×10‑2摩尔浓度的阴离子水溶液，充分反应；3)比色读取：3x6的18孔板底部为透明视窗，将其底部置于扫描仪彩色成像设备的玻璃平板上，通过透射扫描法(通常用于底片扫描)采集步骤1)溶液添加阴离子待测物前后，步骤1)溶液的颜色变化；4)“指纹图谱”的建立：按照步骤1)‑3)进行操作，不同之处在于，步骤2)阴离子水溶液为阴离子标准溶液，且混合后溶液中阴离子的终浓度按其污水排放标准或生活饮用水标准，分别为：S2‑(3.0x10‑5M)，F‑(5.6x10‑4M)， Cl‑(7.05x10‑3M)，Br‑(5.0x10‑5M)，I‑(5.0x10‑5M)，SO42‑(2.55x10‑3M)，PO43‑(1.0x10‑4M)，CrO42‑(2.88x10‑5M)，NO2‑(2.0x10‑5M)，C2O42‑(5x10‑4M)]，阴离子与指示剂发生置换反应，导致指示剂发生颜色的变化；采用扫描仪彩色成像设备提取各个指示剂反应前后的颜色，通过Photoshop软件对指示剂与阴离子反应前后膜上产生的颜色进行数字化处理，得到指示剂反应前后图像对应的RGB值，将反应后图像的RGB值减去反应前图像的RGB值，提取“差减图像”的ΔR，ΔG，和ΔB值，然后按ΔR，ΔG，ΔB值还原对应的颜色图像，为各个阴离子在污水或饮用水排放标准浓度下建立其对应的“指纹图谱库”；5)未知阴离子水溶液样品测试过程：按照步骤1)‑3)进行操作，不同之处在于，步骤2)阴离子水溶液为未知阴离子水溶液样品；将其颜色变化对应的红、绿、蓝(RGB)色光谱值构建样品的图谱：采用扫描仪彩色成像设备提取各个指示剂反应前后的颜色，通过Photoshop软件对指示剂与阴离子反应前后膜上产生的颜色进行数字化处理，得到指示剂反应前后图像对应的RGB值，将反应后图像的RGB值减去反应前图像的RGB值，提取“差减图像”的ΔR，ΔG，和ΔB值，然后按ΔR，ΔG，ΔB值还原对应的颜色图像，为未知阴离子水溶液建立其对应的“指纹图谱”；采用数理统计方法，运用Matlab、MVSP(Multi‑Variate Statistic Package)或SPSS(Statistical Package for the Social Sciences)统计软件，将样品的图谱数据与“指纹图谱库”的数据库相对照，从而对未知浓度的阴离子进行定性或半定量的分析。