一种现场快速检测邻苯二酚及其衍生物的系统及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种现场快速检测邻苯二酚及其衍生物的系统及检测方法，具体涉及 一种比色传感阵列一智能手机一远程服务器系统并用于环境水样中多种邻苯二酚及其衍 生物现场快速检测;属于化学检测分析技术领域。
【背景技术】
[0002] 邻苯二酚及其衍生物属于酚类化合物，它们结构中含有顺式二羟基基团。由于邻 苯二酚及其衍生物既是重要的医药中间体，也是重要的精细化工中间体，所以它们在工业 中被大量生产和使用，如邻苯二酚、4-叔丁基邻苯二酚、氯乙酰邻苯二酚。虽然邻苯二酚及 其衍生物具有较大的价值，然而由于产品运输泄漏、污水排放等原因造成的酚类污染却不 容小视。例如，邻苯二酚是一种重大的环境污染物，具有高毒性，接触后能够刺激人的眼睛 和皮肤。若邻苯二酚残留在饮用水中，人误食后易于被胃肠道吸收，长期积累会造成肝肾功 能衰减等。盐酸多巴胺被视为一种"瘦肉精"，猪长期食用含有盐酸多巴胺饮用水，身上的脂 肪含量就会大大减少，起到"瘦肉"作用。这种瘦肉被人长期食用会引起头痛、恶心、四肢无 力和抽搐等症状。2012年，中国镇江便发生了 一起自来水污染事件，直至几天后相关部门才 确认此次饮用水污染是由于长江水源水酚污染造成的。因此，建立酚物质诸如邻苯二酚及 其衍生物的现场快速检测方法显得尤其重要。
[0003] 传统检测邻苯二酚及其衍生物的方法有高效液相法、流动注射法、化学发光法及 分光光度法等。然而，这些方法存在成本高、仪器操作复杂、分析速度慢等许多缺点，无法满 足简单快速检测的要求。鉴于此，许多研究者们建立了比色传感阵列方法用来检测诸如邻 苯二酚含有顺式二羟基的物质。这种比色传感阵列方法成本低、操作步骤简单、检测速度 快，确实要比传统检测方法优越许多。然而，当用来现场检测实际样品时，该比色传感阵列 方法不得不需要现场采样，然后送到实验室借助一台相机或扫描仪采集照片和一台电脑处 理数据，这样便无法及时给出检测结果，限制了其实际应用。因此，为了能够实现现场快速 检测，移动实验室、便携式检测装置等概念被许多研究人员提出。
[0004] 近年来，智能手机功能化为检测工具使用越来越受欢迎，许多研究者们已成功将 手机作为检测工具用于化学分析及医疗可视化诊断等领域。多数智能手机由于自带高像素 摄像头、高端处理器、大内存、无线连接、实时定位、安全数据管理及云计算等硬件和功能， 作为检测工具时，可以随时随地进行现场化学分析和医疗诊断工作。当将智能手机与远程 服务器结合作为检测工具运用到比色传感阵列法中时，远程服务器不仅可以写入所需的程 序用来储存和处理数据，而且可以实现与智能手机的通信交流。这样，手机便可替代其他检 测仪器集拍照、读取阵列、上传数据和接收反馈结果等功能于一体。当构建并应用比色传感 阵列一智能手机一远程服务器系统进行现场测量实际样品时，不仅成本低，简单方便，而且 在现场就可以快速得到检测结果，具有广泛的应用前景。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种比色传感阵列一智能手机一远程服务器系统用于环 境水样中邻苯二酚及其衍生物现场快速检测的方法。
[0006] 本发明的目的之一是提供一种现场快速检测邻苯二酚及其衍生物的系统，所述系 统为比色传感阵列一智能手机一远程服务器系统。
[0007] 本发明的目的之二是提供一种现场快速检测邻苯二酚及其衍生物的方法，所述方 法是基于所建立的比色传感阵列一智能手机一远程服务器系统，用于检测水样中邻苯二酚 及其衍生物。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为： 本发明所述的一种现场快速检测邻苯二酚及其衍生物的系统，是基于比色传感阵列一 智能手机一远程服务器的系统，所述系统包括比色传感阵列、图像采集装置、远程服务器； 所述系统的构建方法，按照如下步骤进行 (1)制备检测邻苯二酚及其衍生物的组合探针:先配制磷酸盐缓冲液，然后将苯硼酸溶 于上述磷酸盐缓冲液配制成苯硼酸磷酸盐缓冲液;再将苯硼酸磷酸盐缓冲液与pH指示剂 按按一定比例混合，形成检测邻苯二酚及其衍生物的组合探针的溶液； 其中所述磷酸盐缓冲液的浓度为50 mM，pH为9;所述苯硼酸磷酸盐缓冲 液的浓度为50 mM; 所述pH指示剂为二甲酚橙、邻硝基酚、玫瑰红酸、间甲酚紫，所述pH指示剂浓度为0.1 mg/mL； 所述苯硼酸盐磷酸盐缓冲液于pH指示剂的体积比为1:1-1: 2。
[0009] (2)比色传感阵列的制备:将步骤（1)中得到的组合探针溶液分别加入到试管中， 然后在试管中加入固定浓度的同一目标物溶液即邻苯二酚及其衍生物溶液，将得到的每个 试管中的混合溶液转移到96孔有机玻璃板中，形成2 X 2阵列，制备成为比色传感阵列； 其中所述目标物溶液体积与探针溶液体积比为1:1; 所述的目标物分别为:邻苯二酚，4-叔丁基邻苯二酚，4-甲基邻苯二酚，4-硝基邻苯二 酚，3，5-二叔丁基邻苯二酚，1，2，4-苯三酚，3，4-二羟基苯甲醛，盐酸多巴胺，3-氟邻苯二 酚，3,4_二羟基苯乙酸，3,4_二羟基苯甲酸，酒石酸肾上腺素，氯乙酰邻苯二酚； 所述每个目标物的浓度为〇. 5，5，12.5，25，50，75，100，150 mM共8个系列浓度； 这样，每个浓度的目标物有4个样本，每个目标物形成32个样本，13个目标物共有32 X 13个样本。
[0010] (3)比色传感阵列色差图的生成:利用图像采集装置中采集反应前后的阵列图像， 进行数字化处理后得到不同邻苯二酚及其衍生物与组合探针反应后的比色传感阵列色差 图； 其中所述图像采集装置包括暗箱（1)和智能手机(4)，暗箱（1)底部固定有白色LED光源 (3)，暗箱（1)顶部设置有孔用于拍照;采用智能手机(4)自带的照相机采集反应前后的阵列 图像，利用手机内置的手机嗅觉可视化软件对阵列图像进行数字化处理，得到比色传感阵 列色差图； 其中所述智能手机为安卓系统； 所述智能手机的后置摄像头像素为大于等于1600万； 所述手机嗅觉可视化软件包括存储模块和处理单元两个模块;采用智能手机摄像头拍 摄目标物与探针反应前后的阵列图像，存储模块用于存储所拍摄的反应前后图像;处理单 元用于处理反应前后的阵列图像，处理单元首先在反应前后阵列图像中选定均一的特定区 域，提取其对应色彩的平均R，G，B值;然后，处理单元将反应后阵列图像的R，G，B值减去反应 前阵列图像的R，G，B值，求得AR，AG，ΔΒ值;最后处理单元按AR，AG，ΔΒ值还原对应的颜 色图像，即得到目标物与4种组合探针反应后的比色传感阵列色差图。
[0011] (4)数理统计分析:每种浓度的目标物进行5次平行实验;首先采用数理统计方法 对不同浓度的的邻苯二酚及其衍生物进行种类判别，将其区分与归类;再对不同浓度的的 邻苯二酚及其衍生物的比色传感阵列色差图数据进行分析，建立能够预测邻苯二酚及其衍 生物浓度的定量计算模型； 其中所述种类判别采用的是对比色传感阵列色差图数据进行主成分分析或聚类分析 或线性判别分析的方法； 所述建立定量分析模型采用的是偏最小二乘法多元统计数据分析方法。
[0012] (5)手机与远程服务器的连接:利用用户数据报协议通过无线局域网实现手机与 远程服务器的连接;在远程服务器里通过数据库、处理模块和通信模块三个功能模块用于 实现手机现场快速检测环境水样中的邻苯二酚及其衍生物的目的；其中，数据库用来储存 手机上传的所有的比色传感阵列色差图数据;处理模块包含邻苯二酚及其衍生物浓度的种 类判别信息和定量计算模型，用来定性判别未知样的种类和定量计算未知样的浓