一種現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)鄰苯二酚及其衍生物的系統(tǒng)及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)鄰苯二酚及其衍生物的系統(tǒng)及檢測(cè)方法，具體涉及 一種比色傳感陣列一智能手機(jī)一遠(yuǎn)程服務(wù)器系統(tǒng)并用于環(huán)境水樣中多種鄰苯二酚及其衍 生物現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè);屬于化學(xué)檢測(cè)分析技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鄰苯二酚及其衍生物屬于酚類化合物，它們結(jié)構(gòu)中含有順式二羥基基團(tuán)。由于鄰 苯二酚及其衍生物既是重要的醫(yī)藥中間體，也是重要的精細(xì)化工中間體，所以它們?cè)诠I(yè) 中被大量生產(chǎn)和使用，如鄰苯二酚、4-叔丁基鄰苯二酚、氯乙酰鄰苯二酚。雖然鄰苯二酚及 其衍生物具有較大的價(jià)值，然而由于產(chǎn)品運(yùn)輸泄漏、污水排放等原因造成的酚類污染卻不 容小視。例如，鄰苯二酚是一種重大的環(huán)境污染物，具有高毒性，接觸后能夠刺激人的眼睛 和皮膚。若鄰苯二酚殘留在飲用水中，人誤食后易于被胃腸道吸收，長(zhǎng)期積累會(huì)造成肝腎功 能衰減等。鹽酸多巴胺被視為一種"瘦肉精"，豬長(zhǎng)期食用含有鹽酸多巴胺飲用水，身上的脂 肪含量就會(huì)大大減少，起到"瘦肉"作用。這種瘦肉被人長(zhǎng)期食用會(huì)引起頭痛、惡心、四肢無(wú) 力和抽搐等癥狀。2012年，中國(guó)鎮(zhèn)江便發(fā)生了 一起自來(lái)水污染事件，直至幾天后相關(guān)部門才 確認(rèn)此次飲用水污染是由于長(zhǎng)江水源水酚污染造成的。因此，建立酚物質(zhì)諸如鄰苯二酚及 其衍生物的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)方法顯得尤其重要。
[0003] 傳統(tǒng)檢測(cè)鄰苯二酚及其衍生物的方法有高效液相法、流動(dòng)注射法、化學(xué)發(fā)光法及 分光光度法等。然而，這些方法存在成本高、儀器操作復(fù)雜、分析速度慢等許多缺點(diǎn)，無(wú)法滿 足簡(jiǎn)單快速檢測(cè)的要求。鑒于此，許多研究者們建立了比色傳感陣列方法用來(lái)檢測(cè)諸如鄰 苯二酚含有順式二羥基的物質(zhì)。這種比色傳感陣列方法成本低、操作步驟簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度 快，確實(shí)要比傳統(tǒng)檢測(cè)方法優(yōu)越許多。然而，當(dāng)用來(lái)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)實(shí)際樣品時(shí)，該比色傳感陣列 方法不得不需要現(xiàn)場(chǎng)采樣，然后送到實(shí)驗(yàn)室借助一臺(tái)相機(jī)或掃描儀采集照片和一臺(tái)電腦處 理數(shù)據(jù)，這樣便無(wú)法及時(shí)給出檢測(cè)結(jié)果，限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此，為了能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速 檢測(cè)，移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室、便攜式檢測(cè)裝置等概念被許多研究人員提出。
[0004] 近年來(lái)，智能手機(jī)功能化為檢測(cè)工具使用越來(lái)越受歡迎，許多研究者們已成功將 手機(jī)作為檢測(cè)工具用于化學(xué)分析及醫(yī)療可視化診斷等領(lǐng)域。多數(shù)智能手機(jī)由于自帶高像素 攝像頭、高端處理器、大內(nèi)存、無(wú)線連接、實(shí)時(shí)定位、安全數(shù)據(jù)管理及云計(jì)算等硬件和功能， 作為檢測(cè)工具時(shí)，可以隨時(shí)隨地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)化學(xué)分析和醫(yī)療診斷工作。當(dāng)將智能手機(jī)與遠(yuǎn)程 服務(wù)器結(jié)合作為檢測(cè)工具運(yùn)用到比色傳感陣列法中時(shí)，遠(yuǎn)程服務(wù)器不僅可以寫入所需的程 序用來(lái)儲(chǔ)存和處理數(shù)據(jù)，而且可以實(shí)現(xiàn)與智能手機(jī)的通信交流。這樣，手機(jī)便可替代其他檢 測(cè)儀器集拍照、讀取陣列、上傳數(shù)據(jù)和接收反饋結(jié)果等功能于一體。當(dāng)構(gòu)建并應(yīng)用比色傳感 陣列一智能手機(jī)一遠(yuǎn)程服務(wù)器系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量實(shí)際樣品時(shí)，不僅成本低，簡(jiǎn)單方便，而且 在現(xiàn)場(chǎng)就可以快速得到檢測(cè)結(jié)果，具有廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種比色傳感陣列一智能手機(jī)一遠(yuǎn)程服務(wù)器系統(tǒng)用于環(huán) 境水樣中鄰苯二酚及其衍生物現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的方法。
[0006] 本發(fā)明的目的之一是提供一種現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)鄰苯二酚及其衍生物的系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)為比色傳感陣列一智能手機(jī)一遠(yuǎn)程服務(wù)器系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明的目的之二是提供一種現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)鄰苯二酚及其衍生物的方法，所述方 法是基于所建立的比色傳感陣列一智能手機(jī)一遠(yuǎn)程服務(wù)器系統(tǒng)，用于檢測(cè)水樣中鄰苯二酚 及其衍生物。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為： 本發(fā)明所述的一種現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)鄰苯二酚及其衍生物的系統(tǒng)，是基于比色傳感陣列一 智能手機(jī)一遠(yuǎn)程服務(wù)器的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括比色傳感陣列、圖像采集裝置、遠(yuǎn)程服務(wù)器； 所述系統(tǒng)的構(gòu)建方法，按照如下步驟進(jìn)行 (1)制備檢測(cè)鄰苯二酚及其衍生物的組合探針:先配制磷酸鹽緩沖液，然后將苯硼酸溶 于上述磷酸鹽緩沖液配制成苯硼酸磷酸鹽緩沖液;再將苯硼酸磷酸鹽緩沖液與pH指示劑 按按一定比例混合，形成檢測(cè)鄰苯二酚及其衍生物的組合探針的溶液； 其中所述磷酸鹽緩沖液的濃度為50 mM，pH為9;所述苯硼酸磷酸鹽緩沖 液的濃度為50 mM; 所述pH指示劑為二甲酚橙、鄰硝基酚、玫瑰紅酸、間甲酚紫，所述pH指示劑濃度為0.1 mg/mL； 所述苯硼酸鹽磷酸鹽緩沖液于pH指示劑的體積比為1:1-1: 2。
[0009] (2)比色傳感陣列的制備:將步驟（1)中得到的組合探針溶液分別加入到試管中， 然后在試管中加入固定濃度的同一目標(biāo)物溶液即鄰苯二酚及其衍生物溶液，將得到的每個(gè) 試管中的混合溶液轉(zhuǎn)移到96孔有機(jī)玻璃板中，形成2 X 2陣列，制備成為比色傳感陣列； 其中所述目標(biāo)物溶液體積與探針溶液體積比為1:1; 所述的目標(biāo)物分別為:鄰苯二酚，4-叔丁基鄰苯二酚，4-甲基鄰苯二酚，4-硝基鄰苯二 酚，3，5-二叔丁基鄰苯二酚，1，2，4-苯三酚，3，4-二羥基苯甲醛，鹽酸多巴胺，3-氟鄰苯二 酚，3,4_二羥基苯乙酸，3,4_二羥基苯甲酸，酒石酸腎上腺素，氯乙酰鄰苯二酚； 所述每個(gè)目標(biāo)物的濃度為〇. 5，5，12.5，25，50，75，100，150 mM共8個(gè)系列濃度； 這樣，每個(gè)濃度的目標(biāo)物有4個(gè)樣本，每個(gè)目標(biāo)物形成32個(gè)樣本，13個(gè)目標(biāo)物共有32 X 13個(gè)樣本。
[0010] (3)比色傳感陣列色差圖的生成:利用圖像采集裝置中采集反應(yīng)前后的陣列圖像， 進(jìn)行數(shù)字化處理后得到不同鄰苯二酚及其衍生物與組合探針?lè)磻?yīng)后的比色傳感陣列色差 圖； 其中所述圖像采集裝置包括暗箱（1)和智能手機(jī)(4)，暗箱（1)底部固定有白色LED光源 (3)，暗箱（1)頂部設(shè)置有孔用于拍照;采用智能手機(jī)(4)自帶的照相機(jī)采集反應(yīng)前后的陣列 圖像，利用手機(jī)內(nèi)置的手機(jī)嗅覺(jué)可視化軟件對(duì)陣列圖像進(jìn)行數(shù)字化處理，得到比色傳感陣 列色差圖； 其中所述智能手機(jī)為安卓系統(tǒng)； 所述智能手機(jī)的后置攝像頭像素為大于等于1600萬(wàn)； 所述手機(jī)嗅覺(jué)可視化軟件包括存儲(chǔ)模塊和處理單元兩個(gè)模塊;采用智能手機(jī)攝像頭拍 攝目標(biāo)物與探針?lè)磻?yīng)前后的陣列圖像，存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)所拍攝的反應(yīng)前后圖像;處理單 元用于處理反應(yīng)前后的陣列圖像，處理單元首先在反應(yīng)前后陣列圖像中選定均一的特定區(qū) 域，提取其對(duì)應(yīng)色彩的平均R，G，B值;然后，處理單元將反應(yīng)后陣列圖像的R，G，B值減去反應(yīng) 前陣列圖像的R，G，B值，求得AR，AG，ΔΒ值;最后處理單元按AR，AG，ΔΒ值還原對(duì)應(yīng)的顏 色圖像，即得到目標(biāo)物與4種組合探針?lè)磻?yīng)后的比色傳感陣列色差圖。
[0011] (4)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析:每種濃度的目標(biāo)物進(jìn)行5次平行實(shí)驗(yàn);首先采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法 對(duì)不同濃度的的鄰苯二酚及其衍生物進(jìn)行種類判別，將其區(qū)分與歸類;再對(duì)不同濃度的的 鄰苯二酚及其衍生物的比色傳感陣列色差圖數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立能夠預(yù)測(cè)鄰苯二酚及其衍 生物濃度的定量計(jì)算模型； 其中所述種類判別采用的是對(duì)比色傳感陣列色差圖數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析或聚類分析 或線性判別分析的方法； 所述建立定量分析模型采用的是偏最小二乘法多元統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析方法。
[0012] (5)手機(jī)與遠(yuǎn)程服務(wù)器的連接:利用用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)手機(jī)與 遠(yuǎn)程服務(wù)器的連接;在遠(yuǎn)程服務(wù)器里通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)、處理模塊和通信模塊三個(gè)功能模塊用于 實(shí)現(xiàn)手機(jī)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)環(huán)境水樣中的鄰苯二酚及其衍生物的目的；其中，數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)儲(chǔ)存 手機(jī)上傳的所有的比色傳感陣列色差圖數(shù)據(jù);處理模塊包含鄰苯二酚及其衍生物濃度的種 類判別信息和定量計(jì)算模型，用來(lái)定性判別未知樣的種類和定量計(jì)算未知樣的濃