[发明专利]基于智能设备的量子点能量共振转移检测水体中汞、铅和砷离子的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于重金属离子检测技术领域，具体涉及一种基于智能设备的量子点能量共振转移检测水体中汞、铅和砷离子的装置及方法。

背景技术

汞离子、铅离子和砷离子是最常见的三种重金属污染源，具有生物不可降解性以及累积性，并且会产生持久毒性。人体感染后会导致不可逆转的损伤，具体表现在消化系统、神经系统以及心血管系统等方面的危害。因此，发展方便、快速、精确地检测铅和汞等重金属引起了人们越来越多的关注。传统的Hg²⁺、Pb²⁺和As³⁺的定量检测方法有：原子吸收光谱法（AAS）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）；以及大量的新型传感器检测方法，如基于荧光的传感器、电化学传感器、比色法传感器等在过去的十年被广为研究。但是这些方法在实现上和成本上存在一些问题，对于前者而言，尽管具有很好的检测灵敏度和准确性，但是需要昂贵复杂的仪器以及复杂的专业操作，因此限制他们的使用范围；对于后者而言，在信号输出方面需要相对昂贵的专业设备，因此也仅限于实验室使用。为了解决传统检测方法带来的问题，国内外不同研究领域的科研人员都在不断研究与开发新型的可用于现场重金属检测的方法。

2014年美国加尼福利亚大学 Aydogan Ozcan 小组提出一种利用智能手机空间监测水中汞离子含量的装置（Wei QS, Nagi R, Sadeghi R et al., ASC Nano, 2014, 8 1121–1129）。这一装置集成了LED光源、样品池（比色皿）、散光板、透镜和外接智能手机，反应原理是比色皿中汞离子作用富T碱基的DNA链后，纳米金颗粒聚集引起颜色变化，智能手机写入的APP分析RGB图片的颜色变化率，实现汞离子定量检测，这里使用的比色皿试剂量大，不利于低成本检测。专利201210047116.1提供了一种基于量子点和两条DNA链杂交/错配后荧光共振能量转移来检测水溶液中二价汞离子的方法，检测手段是利用荧光光谱仪分析荧光变化，这就限制了现场检测中的应用。专利201510389181.6提供了一种基于量子点荧光探针的水体中汞的检测装置，通过分析比色皿中汞离子猝灭量子点后的荧光光谱数据，实现水体中汞离子检测，用到的比色皿试剂用量大，汞离子猝灭量子点的反应原理产生的是负信号，检测范围受限，通过集成的光电探测器实现光谱数据采集，之后通过数据处理软件分析处理实现定量检测，操作复杂和数据分析处理复杂。专利201520513366.9提供了一种基于量子点荧光薄膜的水质重金属检测装置，该专利中重金属猝灭量子点后的变弱的荧光经由光纤荧光传感器到光谱仪检测荧光光谱，最后通过计算机的数据分析处理实现汞离子检测，产生负信号，操作复杂和数据分析处理复杂。

近年来，由于纸基微流控芯片技术具有易加工、成本低、分析速度快、微型化和便携化等特点，基于纸基芯片的研究获得了较多的关注和较快的发展。它不仅克服了仪器分析样品处理繁杂、仪器使用成本高的局限，更提供了一种快速、灵敏而且操作简单的分析方法。

发明内容

本发明为了解决现有重金属汞离子、铅离子以及砷离子的检测装置以及操作复杂、数据处理分析复杂，难以达到现场检测分析的问题，提供了一种基于智能设备的量子点能量共振转移检测水体中汞、铅和砷离子的装置及方法。

本发明由技术方案实现：一种基于智能设备的量子点能量共振转移检测水体中汞离子、铅离子和砷离子的装置，包括智能设备和检测装置，所述检测装置为设置于智能设备下方的微型暗室，微型暗室内底部固定玻璃纤维纸基芯片，玻璃纤维纸基芯片上间隔设置反应区和非反应区；玻璃纤维纸基芯片顶部设置光学硬件装置，所述光学硬件装置为自下而上依次固定的滤光片、信号放大单元、荧光激发光源的UV-LED环形阵列；所述智能设备上设置有拍照程序和重金属离子浓度值计算程序；

所述拍照程序用于对玻璃纤维纸基芯片进行拍照得到图片；

所述重金属离子浓度值计算程序用于执行以下程序：

对图片进行分析，得到玻璃纤维纸基芯片的成像区域的对应RGB值；

根据标准溶液浓度以及标准溶液对应的玻璃纤维纸基芯片成像区域的RGB值，建立RGB值-浓度曲线；

将待测溶液对应成像区域RGB值与对应的所述RGB值-浓度曲线进行对比，确定各待测溶液中相应离子浓度，并输出到显示单元显示。