一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测方法及其装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用荧光猝灭原理在线检测水中重金属含量的方法及其装置。将量子点溶液和被测水样并联接入低压梯度混合器，混合后液体经恒流泵送入比色皿进行检测。比色皿有进液口和出液口，可以实现混合溶液的连续进样和排出。比色皿处于检测光路中，激光器发出激光射入比色皿，发出的荧光强度转化成电信号，通过检测电信号的变化来检测水中重金属离子的浓度。本发明的方法和装置，从进样、反应到检测，实现实时连续，从而实现了水中重金属的快速连续在线检测。
【专利说明】
一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测方法及其装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种检测方法，具体是一种操作简便快捷、耗时短、成本低，灵敏度高和选择性高的基于荧光猝灭的水体重金属在线检测方法及其装置。
【背景技术】
[0002]重金属具有极强的富集性，在自然环境中几乎不会产生降解，并且其来源广、残留时间长，具有累积性、能沿食物链转移、污染后不易被发现和难以恢复等，严重地危害人类的健康。因此水中重金属含量的检测对保护人体健康和治理环境污染有重要意义。常用的重金属检测方法有原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、分光光度法、电化学分析法等。这些传统的分析技术目前得到了广泛的应用，但仍存在一些不足，例如仪器设备昂贵、检测过程较为繁琐，样品预处理复杂，操作要求高等缺点，因此简单、快速、高效、成本低廉的重金属离子检测方法是当今社会的研究热点。
[0003]量子点(quantum dots,QDs)即半径小于或接近于激子波尔半径的半导体纳米晶体(semiconductor nanocrystals)，直径介于1-1Onm之间，能够接受激发光或加上电压后产生荧光的半导体纳米颗粒。近几年量子点作为荧光探针广泛应用于分析检测当中。与传统的有机荧光探针相比，量子点具有较好的光稳定性，较高的荧光量子产率，用于检测重金属离子拥有极高的灵敏度，并且量子点表面修饰不同的基团对特定金属具有较高的选择性。量子点与不同的金属离子作用，这种作用表现为荧光猝灭或荧光增强，且金属离子浓度与引起荧光猝灭或荧光增强的变化强度呈一定的线性关系。利用这种线性关系，从而实现量子点对金属离子的定量测定。
[0004]Chen等人报道了经不同修饰剂修饰的CdS QDs可选择性测定Zn2+及Cu2+[Chen YF1Rosenzweig Z.Luminescent CdS Quantum Dots as Selective 1n Probes[J],AnalChem.2002,74(19):5132-5138.]o
[0005]Ca i等人在水相中合成了巯基丁二酸稳定的CdTe QDs，该量子点能检测到水样中痕量级的Ag+，且具有较高的精确度，检出限为54nmol.L—1JCai C1Cheng H1Wang Y,etal.Mercaptosuccinic acid modified CdTe quantum dots as a selectivefluorescence sensor for Ag+determinat1n in aqueous soIut1ns[J].RSCAdv.2014,4(103):59157-59163.]
Zheng等人用L-半胱氨酸修饰的CdSe量子点对Hg2+离子进行了检测。[ZHENG A1-fang(郑愛芳)，FANG 01&11-」1111(方典军)，CHEN Jin-1ong(陈金龙).Prepar at1n offunct1nalized CdSe quantum dots and studies on the selective determinat1nof mercury 1n(功能化砸化镉量子点的制备以及作为萊离子焚光探针的研究)[J].J ofAnqing Teach Coll(Nat Sci Edit1n)(安庆师范学院学报(自然科学版))，2008，14(2):39-44.]
811等[16]人通过仿生方式用变性牛血清白蛋白(dBSA)包覆CdSe量子点，利用Cu2+对其高灵敏度、高选择性的荧光猝灭作用建立了检测Cu2+的方法，并讨论了荧光猝灭机理。[Bu XHjZhou Y MjHe MjChen.et al.B1inspired,direct synthesis of aqueous CdSequantum dots for high-sensitive copper(ii)1n detect1n[J].Dalton Trans,2013,42(43):15411-15420.]
现有的量子点检测重金属离子的方法中，都是间歇性检测，离线检测，关于在线连续检测的方法和装置研究未见报道。我们的研究是构建可以利用量子点连续在线检测水中重金属的方法和装置。
【发明内容】
[0006]本发明公开了一种利用荧光猝灭原理在线检测水中重金属含量的装置和方法。本发明的方法和装置，从进样、反应到检测，实现实时连续，从而实现了水中重金属的快速连续在线检测。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测方法，所述方法包括以下步骤:
1)缓冲溶液配置；
2)量子点溶液合成;量子点溶液为采用3-巯基丙酸和抗坏血酸复合修饰剂，或L-半胱氨酸为修饰剂CdSe量子点溶液；
3)含有重金属离子的被测水样的配置；
4)经缓冲溶液调节pH后的量子点溶液和水样通过低压梯度混合器按1:1的比例进行混合反应；
5)混合后的溶液经过恒流栗由进液口注入比色皿进行检测，检测后的溶液经过排液口排出;6)激光器发出的激光经过分光器分为两路，光路I和光路2;
7)光路I经过比色皿后，在垂直方向的光经过滤光片过滤掉杂散光后，再经过聚光透镜汇聚，由探测器一进行检测；
8)光路2为参比光路，分光后的激光由聚光透镜进行汇聚，由探测器二进行检测，用来观察激光器功率有无衰减，确保数据不发生偏差；
9)两路光路探测器检测到的结果送入数据处理模块进行光电信号转换，然后输入电脑，经过软件处理后，光路I的光信号转变得到相应电信号值，由一系列重金属离子浓度和采集到的电信号数据，确定检测模型y = ax+b，检测模型中，X为水中重金属浓度，y为各浓度重金属溶液与空白溶液采集得到的电信号差值，a、b为系数常量，采用一元线性回归模型对数据进行处理，得到待测溶液的重金属浓度。在本技术方案中，采用低压梯度混合器和精密恒流栗实现量子点、重金属溶液以一定的比例连续混合进入到自助设计的检测池中，混合后的溶液由检测池上方不断流入，检测过程中缓慢从底部排出，由此实现荧光强度变化的连续检测，从而实现待测溶液中重金属浓度的在线监测。
[0008]作为优选，步骤2)量子点溶液由水热合成法制备的CdSe量子点，采用3_巯基丙酸和抗坏血酸混合溶液为修饰剂，合成方法为在10ml反应容器中加入超纯水，在惰性气体保护下依次加入砸粉和NaBH4,在35-40 °C条件下反应直到黑色Se粉完全消失，溶液由浑浊变无色或粉色透明，制得NaHSe前驱体溶液，冷却至室温备用，砸粉和NaBH4摩尔比为1:2-1:4;另一反应容器中加入超纯水后，在惰性气体保护下，依次加入CdCl2.2.5H20和3-巯基丙酸和抗坏血酸混合溶液，混合溶液中3-巯基丙酸和抗坏血酸的摩尔比为0.3:1-2:1, Se和Cd摩尔比为1:3-1:6，CdCl2.2.5H20和抗坏血酸的摩尔比为1:6-1:10，充分搅拌溶解后加入缓冲溶液调节pH至9-11，制得Cd前驱体;将NaHSe前驱体溶液加入到Cd前驱体溶液中，于80-100°C下回流Ih，获得橙黄色的CdSe量子点溶液。
[0009]作为优选，步骤2)量子点溶液由水热合成法制备的CdSe量子点，采用L-半胱氨酸为修饰剂，合成方法为10ml反应容器中加入超纯水，在惰性气体保护下依次加入砸粉和NaBH4,在35-40 °C条件下反应至黑色Se粉反应完全，反应溶液由浑浊变澄清，制得NaHSe前驱体溶液，冷却至室温备用，砸粉和NaBH4摩尔比为1: 2-1:4;另一反应容器中加入超纯水，在惰性气体保护下，依次加入CdCl2.2.5H20和L-半胱氨酸，Se和Cd摩尔比为1:2.5-1:4.5,CdCl2.2.5H20和L-半胱氨酸的摩尔比为1:1-1:2.5,充分搅拌溶解后调节pH至9_11，制得Cd前驱体，将NaHSe前驱体溶液加入到Cd前驱体溶液中，于50-65°C下回流lh，获得淡黄色的CdSe量子点溶液。
[0010]作为优选，步骤3)中被测水样是二价汞离子溶液或铅离子溶液;铅离子溶液配制方法为:精密称取硝酸铅0.16g，置10ml容量瓶中，加浓硝酸0.5ml与5ml水溶解后，用水稀释至刻度，摇匀，作为贮备液(浓度为100mg/L);低浓度Pb2+溶液采用逐级稀释的方式获得；汞离子溶液采用浓度为1000mg/L汞标准溶液逐级稀释获得。
[0011]作为优选，其特征在于，步骤I)中缓冲溶液是pH为8的Tris-HCl缓冲溶液，配置方法为:称取6.057g三羟甲基氨基甲烷溶于500ml容量瓶中定容，获取0.lmol/L Tris溶液，后量取50ml该Tris溶液与29.2ml0.lmol/L盐酸溶液混匀并稀释至100ml，获得pH为8的Tris-HCl缓冲溶液。
[0012]作为优选，其特征在于，步骤6)中，激光的波长为450nm。
[0013]作为优选，步骤7)中，滤光片的滤光范围为550-590nm。
[0014]一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测装置，所述检测装置包括反应线路、检测线路、数据处理器与电脑，检测装置置于密闭黑暗的箱体中。
[0015]作为优选，所述反应线路为:量子点溶液、和被测水样并联接入低压梯度混合器，混合后液体经恒流栗送入比色皿进行检测。
[0016]作为优选，所述检测线路为:激光器发出的激光经过分光器分成两路，一路作为参比光路经过聚光透镜汇聚后由探测器一进行探测，另一路照射到比色皿，比色皿发出的荧光经滤光片和聚光透镜汇聚后由探测器二进行探测，两个探测器检测到的荧光信号由数据处理模块处理后转化成电信号在电脑上经软件进行显示。
[0017]本发明操作简便快捷，耗时短，成本低，检测结果明显，灵敏度和选择性较高，并且完全不用担心被待测物质污染的问题，从进样、反应到检测，实现实时连续，从而实现了水中重金属的快速连续在线检测。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的装置结构示意图。
[0019]图中:1、量子点溶液；2、水样；3、混合器;4、栗；5、比色皿;6、激光器;7、分光器;8、聚光透镜;9、探测器一；10、滤光片；11、聚光透镜；12、探测器二； 13、数据处理模块；14、电脑。
[0020]图2是实施例3的线性图。
【具体实施方式】
[0021]下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
[0022]在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
[0023]参照图1，一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测装置:
反应线路:量子点溶液和被测水样并联接入低压梯度混合器，混合反应后液体经恒流栗送入比色皿进行检测。
[0024]检测线路:激光器发出的激光经过分光器分成两路，一路作为参比光路经过聚光透镜汇聚后由探测器进行探测，另一路照射到比色皿，比色皿发出的荧光经滤光片和聚光透镜汇聚后由探测器进行探测，两个探测器检测到的荧光信号由数据处理模块处理后在电脑上经软件进行显示。检测装置需要置于密闭黑暗的箱体中。
[0025]实施例1
一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测方法，所述方法包括以下步骤:
1)缓冲溶液配置;缓冲溶液是PH为8的Tris-HCl缓冲溶液，配置方法为:称取6.057g三羟甲基氨基甲烷溶于500ml容量瓶中定容，获取0.lmol/L Tris溶液，后量取50ml该Tris溶液与29.2ml 0.lmol/L盐酸溶液混匀并稀释至10ml，获得pH为8的Tris-HCl缓冲溶液；
2)量子点溶液合成；由水热合成法制备的CdSe量子点，采用3-巯基丙酸和抗坏血酸混合溶液为复合修饰剂，合成方法为在10ml反应容器中加入超纯水，在惰性气体保护下依次加入砸粉和NaBH4,在35°C条件下反应直到黑色Se粉完全消失，溶液由浑浊变无色，制得NaHSe前驱体溶液，冷却至室温备用，砸粉和NaBH4摩尔比为1: 2;另一反应容器中加入超纯水后，在惰性气体保护下，依次加入CdCl2.2.5H20和3-巯基丙酸和抗坏血酸混合溶液，混合溶液中3-巯基丙酸和抗坏血酸的摩尔比为0.3:1，Se和Cd摩尔比为1:3，CdCl2.2.5H20和抗坏血酸的摩尔比为I: 6，充分搅拌溶解后加入缓冲溶液调节pH至9，制得Cd前驱体;将NaHSe前驱体溶液加入到Cd前驱体溶液中，于80°C下回流Ih，获得橙黄色的CdSe量子点溶液，CdSe量子点溶液浓度为6.25 X 10—3mol/L;
3)含有重金属离子的被测水样的配置;被测水样是铅离子溶液;铅离子溶液配制方法为:精密称取硝酸铅0.16g，置10ml容量瓶中，加浓硝酸0.5ml与5ml水溶解后，用水稀释至亥Ij度，摇匀，作为贮备液(浓度为100mg/L);将贮备液稀释到Pb2+为含量0.01mg/L的溶液；
4)经缓冲溶液调节pH后的量子点溶液和水样通过低压梯度混合器按1:1的比例进行混合反应；
5)混合后的溶液经过恒流栗以流速3ml/min由进液口注入比色皿进行检测，检测后的溶液经过排液口排出；
6)激光器发出的激光(波长为450nm)经过分光器分为两路，光路I和光路2;
7)光路I经过比色皿后，在垂直方向的光经过滤光片(滤光范围为550-590nm)过滤掉杂散光后，再经过聚光透镜汇聚，由探测器进行检测； 8)光路2为参比光路，分光后的激光由聚光透镜进行汇聚，由探测器进行检测，用来观察激光器功率有无衰减，确保数据不发生偏差；
9)两路光路探测器检测到的结果送入数据处理模块进行光电信号转换，然后输入电脑，经过软件处理后，光路I的光信号转变得到相应电信号值，由一系列重金属离子浓度和采集到的电信号数据，确定检测模型y = ax+b，检测模型中，X为水中重金属浓度，y为采集得到的电信号值，a、b为系数常量，由一元线性回归模型对数据进行处理，得到重金属浓度为0.0092mg/Lo
[0026]实施例2
一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测方法，所述方法包括以下步骤:
1)缓冲溶液配置;缓冲溶液是PH为8的Tris-HCl缓冲溶液，配置方法为:称取6.057g三羟甲基氨基甲烷溶于500ml容量瓶中定容，获取0.lmol/L Tris溶液，后量取50ml该Tris溶液与29.2ml0.lmol/L盐酸溶液混匀并稀释至10ml，获得pH为8的Tris-HCl缓冲溶液；
2)量子点溶液合成；由水热合成法制备的CdSe量子点，采用3-巯基丙酸和抗坏血酸混合溶液为复合修饰剂，合成方法为在10ml反应容器中加入超纯水，在惰性气体保护下依次加入砸粉和NaBH4,在40°C条件下反应直到黑色Se粉完全消失，溶液由浑浊变无色，制得NaHSe前驱体溶液，冷却至室温备用，砸粉和NaBH4摩尔比为1:4;另一反应容器中加入超纯水后，在惰性气体保护下，依次加入CdCl2.2.5H20、3-巯基丙酸和抗坏血酸混合溶液，混合溶液中3-巯基丙酸和抗坏血酸的摩尔比为2:1，Se和Cd摩尔比为1:6,CdCl2.2.5H20和抗坏血酸的摩尔比为1:10，充分搅拌溶解后加入缓冲溶液调节pH至11，制得Cd前驱体;将NaHSe前驱体溶液加入到Cd前驱体溶液中，于100°C下回流Ih，获得橙黄色的CdSe量子点溶液，量子点溶液的浓度为1.25 X 10—Vol/L;
3)含有重金属离子的被测水样的配置;被测水样是铅离子溶液;铅离子溶液配制方法为:精密称取硝酸铅0.16g，置10ml容量瓶中，加浓硝酸0.5ml与5ml水溶解后，用水稀释至刻度，摇匀，作为贮备液(浓度为100mg/L);贮备液稀释得到Pb2+含量为5.0mg/L的溶液；
4)经缓冲溶液调节pH后的量子点溶液和水样通过低压梯度混合器按1:1的比例进行混合反应；
5)混合后的溶液经过恒流栗以流速3ml/min由进液口注入比色皿进行检测，检测后的溶液经过排液口排出；
6)激光器发出的激光(波长为450nm)经过分光器分为两路，光路I和光路2;
7)光路I经过比色皿后，在垂直方向的光经过滤光片(滤光范围为550-590nm)过滤掉杂散光后，再经过聚光透镜汇聚，由探测器进行检测；
8)光路2为参比光路，分光后的激光由聚光透镜进行汇聚，由探测器进行检测，用来观察激光器功率有无衰减，确保数据不发生偏差；
9)两路光路探测器检测到的结果送入数据处理模块进行光电信号转换，然后输入电脑，经过软件处理后，光路I的光信号转变得到相应电信号值，由一系列重金属离子浓度和采集到的电信号数据，确定检测模型y = ax+b，检测模型中，X为水中重金属浓度，y为各浓度重金属溶液与空白溶液采集得到的电信号差值，a、b为系数常量，由一元线性回归模型对数据进行处理，得到重金属浓度为4.8mg/Lo
[0027]实施例3 一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测方法，所述方法包括以下步骤:
1)缓冲溶液配置;缓冲溶液是PH为8的TriS-HCl缓冲溶液，配置方法为:称取6.057g三羟甲基氨基甲烷溶于500ml容量瓶中定容，获取0.lmol/L Tris溶液，后量取50ml该Tris溶液与29.2ml0.lmol/L盐酸溶液混匀并稀释至10ml，获得pH为8的Tris-HCl缓冲溶液；
2)量子点溶液合成；由水热合成法制备的CdSe量子点，采用L-半胱氨酸为修饰剂，合成方法为I OOml反应容器中加入超纯水，在惰性气体保护下依次加入砸粉和NaBH4，在35 °C条件下反应至黑色Se粉反应完全，反应溶液由浑浊变澄清，制得NaHSe前驱体溶液，冷却至室温备用，砸粉和NaBH4摩尔比为1: 2;另一反应容器中加入超纯水，在惰性气体保护下，依次加入CdCl2.2.5H20和L-半胱氨酸，Se和Cd摩尔比为l:2.5，CdCl2.2.5H20和L-半胱氨酸的摩尔比为1:1，充分搅拌溶解后调节pH至10，制得Cd前驱体，将NaHSe前驱体溶液加入到Cd前驱体溶液中，于50°C下回流Ih，获得淡黄色的CdSe量子点溶液，CdSe量子点溶液的浓度为1.04X10—W/L;
3)含有重金属离子的被测水样的配置；1000mg/L的贮备液稀释得到Hg2+含量为
0.05mg/L的溶液；
4)经缓冲溶液调节pH后的量子点溶液和水样通过低压梯度混合器按1:1的比例进行混合反应；
5)混合后的溶液经过恒流栗以流速3ml/min由进液口注入比色皿进行检测，检测后的溶液经过排液口排出；
6)激光器发出的激光(波长为450nm)经过分光器分为两路，光路I和光路2;
7)光路I经过比色皿后，在垂直方向的光经过滤光片(滤光范围为550-590nm)过滤掉杂散光后，再经过聚光透镜汇聚，由探测器进行检测；
8)光路2为参比光路，分光后的激光由聚光透镜进行汇聚，由探测器进行检测，用来观察激光器功率有无衰减，确保数据不发生偏差；
9)两路光路探测器检测到的结果送入数据处理模块进行光电信号转换，然后输入电脑，经过软件处理后，光路I的光信号转变得到相应电信号值，由一系列重金属离子浓度和采集到的电信号数据，确定检测模型y = ax+b，检测模型中，X为水中重金属浓度，y为各浓度重金属溶液与空白溶液采集得到的电信号差值，a、b为系数常量，参见图2，由一元线性回归模型对数据进行处理，得到重金属浓度为0.052mg/Lo
[0028]采用L-半胱氨酸修饰合成的量子点对Hg2+溶液进行在线监测，y轴为各浓度Hg2+溶液获得的电信号值扣除空白溶液电信号值所得的差值，X轴为对应Hg2+溶液的浓度.所得电信号差值与Hg2+浓度在0.005-2mg/L范围内呈良好的线性关系(R2 = 0.9987)。
[0029]实施例4
一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测方法，所述方法包括以下步骤:
1)缓冲溶液配置;缓冲溶液是PH为8的Tris-HCl缓冲溶液，配置方法为:称取6.057g三羟甲基氨基甲烷溶于500ml容量瓶中定容，获取0.lmol/L Tris溶液，后量取50ml该Tris溶液与29.2ml0.lmol/L盐酸溶液混匀并稀释至100ml，获得pH为8的Tris-HCl缓冲溶液；
2)量子点溶液合成；由水热合成法制备的CdSe量子点，采用L-半胱氨酸为修饰剂，合成方法为I OOml反应容器中加入超纯水，在惰性气体保护下依次加入砸粉和NaBH4，在40 °C条件下反应至黑色Se粉反应完全，反应溶液由浑浊变澄清，制得NaHSe前驱体溶液，冷却至室温备用，砸粉和NaBH4摩尔比为1:4;另一反应容器中加入超纯水，在惰性气体保护下，依次加入CdCl2.2.5H20和L-半胱氨酸，Se和Cd摩尔比为l:4.5，CdCl2.2.5H20和L-半胱氨酸的摩尔比为1:2.5，充分搅拌溶解后调节pH至11，制得Cd前驱体，将NaHSe前驱体溶液加入到Cd前驱体溶液中，于65°C下回流Ih，获得淡黄色的CdSe量子点溶液，CdSe量子点溶液的浓度为1.872X10—W/L;
3)含有重金属离子的被测水样的配置；100mg/!的贮备液稀释得到Hg2+含量为5.0mg/L的溶液。
[0030]4)经缓冲溶液调节pH后的量子点溶液和水样通过低压梯度混合器按1:1的比例进行混合反应；
5)混合后的溶液经过恒流栗以流速3ml/min由进液口注入比色皿进行检测，检测后的溶液经过排液口排出；
6)激光器发出的激光(波长为450nm)经过分光器分为两路，光路I和光路2;
7)光路I经过比色皿后，在垂直方向的光经过滤光片(滤光范围为550-590nm)过滤掉杂散光后，再经过聚光透镜汇聚，由探测器进行检测；
8)光路2为参比光路，分光后的激光由聚光透镜进行汇聚，由探测器进行检测，用来观察激光器功率有无衰减，确保数据不发生偏差；
9)两路光路探测器检测到的结果送入数据处理模块进行光电信号转换，然后输入电脑，经过软件处理后，光路I的光信号转变得到相应电信号值，由一系列重金属离子浓度和采集到的电信号数据，确定检测模型y = ax+b，检测模型中，X为水中重金属浓度，y为各浓度重金属溶液与空白溶液采集得到的电信号差值，a、b为系数常量，由一元线性回归模型对数据进行处理，得到重金属浓度为4.9mg/Lo
[0031]实施例5
一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测方法，所述方法包括以下步骤:
1)缓冲溶液配置;缓冲溶液是PH为8的Tris-HCl缓冲溶液，配置方法为:称取6.057g三羟甲基氨基甲烷溶于500ml容量瓶中定容，获取0.lmol/L Tris溶液，后量取50ml该Tris溶液与29.2ml0.lmol/L盐酸溶液混匀并稀释至10ml，获得pH为8的Tris-HCl缓冲溶液；
2)量子点溶液合成；由水热合成法制备的CdSe量子点，采用3-巯基丙酸和抗坏血酸混合溶液为复合修饰剂，合成方法为在10ml反应容器中加入超纯水，在惰性气体保护下依次加入砸粉和NaBH4,在40°C条件下反应直到黑色Se粉完全消失，溶液由浑浊变无色，制得NaHSe前驱体溶液，冷却至室温备用，砸粉和NaBH4摩尔比为1:3;另一反应容器中加入超纯水后，在惰性气体保护下，依次加入CdCl2.2.5H20、3-巯基丙酸和抗坏血酸混合溶液，混合溶液中3-巯基丙酸和抗坏血酸的摩尔比为0.7:1，Se和Cd摩尔比为1:5,CdCl2.2.5H20和抗坏血酸的摩尔比为I: 8，充分搅拌溶解后加入缓冲溶液调节pH至11，制得Cd前驱体;将NaHSe前驱体溶液加入到Cd前驱体溶液中，于100°C下回流Ih，获得橙黄色的CdSe量子点溶液，量子点溶液的浓度为9.8 X 10—3mol/L;
3)含有重金属离子的被测水样的配置;被测水样是铅离子溶液;铅离子溶液配制方法为:精密称取硝酸铅0.16g，置10ml容量瓶中，加浓硝酸0.5ml与5ml水溶解后，用水稀释至刻度，摇匀，作为贮备液(浓度为100mg/L);贮备液稀释得到Pb2+含量为1.0mg/L的溶液；
4)经缓冲溶液调节pH后的量子点溶液和水样通过低压梯度混合器按1:1的比例进行混合反应；
5)混合后的溶液经过恒流栗以流速3ml/min由进液口注入比色皿进行检测，检测后的溶液经过排液口排出；
6)激光器发出的激光(波长为450nm)经过分光器分为两路，光路I和光路2;
7)光路I经过比色皿后，在垂直方向的光经过滤光片(滤光范围为550-590nm)过滤掉杂散光后，再经过聚光透镜汇聚，由探测器进行检测；
8)光路2为参比光路，分光后的激光由聚光透镜进行汇聚，由探测器进行检测，用来观察激光器功率有无衰减，确保数据不发生偏差；
9)两路光路探测器检测到的结果送入数据处理模块进行光电信号转换，然后输入电脑，经过软件处理后，光路I的光信号转变得到相应电信号值，由一系列重金属离子浓度和采集到的电信号数据，确定检测模型y = ax+b，检测模型中，X为水中重金属浓度，y为各浓度重金属溶液与空白溶液采集得到的电信号差值，a、b为系数常量，由一元线性回归模型对数据进行处理，得到重金属浓度为1.05mg/L。
【主权项】
1.一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 1)缓冲溶液配置； 2)量子点溶液合成;量子点溶液为采用3-巯基丙酸和抗坏血酸复合修饰剂，或L-半胱氨酸为修饰剂的CdSe量子点溶液； 3)含有重金属离子的被测水样的配置； 4)经缓冲溶液调节pH后的量子点溶液和水样通过低压梯度混合器按1:1的比例进行混合反应； 5)混合后的溶液经过恒流栗由进液口注入比色皿进行检测，检测后的溶液经过排液口排出; 6)激光器发出的激光经过分光器分为两路，光路I和光路2; 7)光路I经过比色皿后，在垂直方向的光经过滤光片过滤掉杂散光后，再经过聚光透镜汇聚，由探测器进行检测； 8)光路2为参比光路，分光后的激光由聚光透镜进行汇聚，由探测器进行检测，用来观察激光器功率有无衰减，确保数据不发生偏差； 9)两路光路探测器检测到的结果送入数据处理模块进行光电信号转换，然后输入电脑，经过软件处理后，光路I的光信号转变得到相应电信号值，由一系列重金属离子浓度和采集到的电信号数据，确定检测模型y = ax+b，检测模型中，X为水中重金属浓度，y为各浓度重金属溶液与空白溶液采集得到的电信号差值，a、b为系数常量，采用一元线性回归模型对数据进行处理，得到待测溶液的重金属浓度。2.根据权利要求1所述的一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测方法，其特征在于，步骤2)量子点溶液由水热合成法制备的CdSe量子点，采用3-巯基丙酸和抗坏血酸混合溶液为复合修饰剂，合成方法为在I OOml反应容器中加入超纯水，在惰性气体保护下依次加入砸粉和NaBH4,在35-40 °C条件下反应直到黑色Se粉完全消失，溶液由浑浊变无色或粉色透明，制得NaHSe前驱体溶液，冷却至室温备用，砸粉和NaBH4摩尔比为1:2-1:4;另一反应容器中加入超纯水后，在惰性气体保护下，依次加入CdCl2.2.5H20和3-巯基丙酸和抗坏血酸混合溶液，混合溶液中3-巯基丙酸和抗坏血酸的摩尔比为0.3:1-2:1,Se和Cd摩尔比为1:3-1:6,CdCl2.2.5H20和抗坏血酸的摩尔比为1:6-1:10，充分搅拌溶解后加入缓冲溶液调节pH至9-11，制得Cd前驱体;将NaHSe前驱体溶液加入到Cd前驱体溶液中，于80_100°C下回流Ih，获得橙黄色的CdSe量子点溶液。3.根据权利要求1所述的一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测方法，其特征在于，步骤2)量子点溶液由水热合成法制备的CdSe量子点，采用L-半胱氨酸为修饰剂，合成方法为10ml反应容器中加入超纯水，在惰性气体保护下依次加入砸粉和NaBH4，在35-40 °C条件下反应至黑色Se粉反应完全，反应溶液由浑浊变澄清，制得NaHSe前驱体溶液，冷却至室温备用，砸粉和NaBH4摩尔比为1: 2-1:4;另一反应容器中加入超纯水，在惰性气体保护下，依次加入CdCl2.2.5H20和L-半胱氨酸，Se和Cd摩尔比为l:2.5-l:4.5，CdCl2.2.5H20和L-半胱氨酸的摩尔比为1:1-1:2.5，充分搅拌溶解后调节pH至9-11，制得Cd前驱体，将NaHSe前驱体溶液加入到Cd前驱体溶液中，于50-65°C下回流lh，获得淡黄色的CdSe量子点溶液。4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测方法，其特征在于，步骤3)中被测水样是二价汞离子溶液或铅离子溶液;铅离子溶液配制方法为:精密称取硝酸铅0.16g，置10ml容量瓶中，加浓硝酸0.5ml与5ml水溶解后，用水稀释至刻度，摇匀，作为贮备液(浓度为100mg/L);低浓度Pb2+溶液采用逐级稀释的方式获得;汞离子溶液采用浓度为1000mg/L汞标准溶液逐级稀释获得。5.根据权利要求1或2或3所述的一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测方法，其特征在于，步骤I)中缓冲溶液是pH为8的Tris-HCl缓冲溶液，配置方法为:称取6.057g三羟甲基氨基甲烷溶于500ml容量瓶中定容，获取0.lmol/L Tris溶液，后量取50ml该Tris溶液与29.2ml0.lmol/L盐酸溶液混匀并稀释至100ml，获得pH为8的Tris-HCl缓冲溶液。6.根据权利要求1或2或3所述的一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测方法，其特征在于，步骤6)中，激光的波长为450nm。7.根据权利要求1或2或3所述的一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测方法，步骤7)中，滤光片的滤光范围为550-590nmo8.—种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测装置，其特征在于，所述检测装置包括反应线路、检测线路、数据处理器与电脑，检测装置置于密闭黑暗的箱体中。9.根据权利要求8所述的一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测装置，其特征在于，所述反应线路为:量子点溶液(I)、和被测水样(2)并联接入低压梯度混合器(3)，混合后液体经恒流栗(4)送入比色皿(5)进行检测。10.根据权利要求8所述的一种基于荧光猝灭的水体重金属在线检测装置，其特征在于，所述检测线路为:激光器(6)发出的激光经过分光器(7)分成两路，一路作为参比光路经过聚光透镜(8)汇聚后由探测器一(9)进行探测，另一路照射到比色皿(5)，比色皿(5)发出的荧光经滤光片(10)和聚光透镜(11)汇聚后由探测器二(12)进行探测，两个探测器检测到的荧光信号由数据处理模块(13)处理后转化成电信号在电脑(14)上经软件进行显示。
【文档编号】G01N21/64GK106053414SQ201610530549
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】张辉, 邓超, 潘孙强, 陈哲敏, 陈怡
【申请人】浙江省计量科学研究院