发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于检测农药残留物的阵列传感器及其制备方法与应用,以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的,本发明采用的技术方案包括:
本发明实施例提供了一种用于检测农药残留物的阵列传感器的制备方法,其包括:
提供一系列包含不同浓度高锰酸钾和/或重铬酸钾以及硫酸的均匀混合体系作为检测液;
将各检测液分别置于阵列传感器的各传感单元中,制得用于检测农药残留物的阵列传感器。
在一实施方案之中,所述检测液中高锰酸钾或重铬酸钾的浓度范围为0.01~0.1mMol/L。
进一步的,所述检测液中硫酸的浓度范围为0.1~1.0Mol/L。
本发明实施例还提供了由前述方法制备的用于检测农药残留物的阵列传感器。
本发明实施例还提供了前述的用于检测农药残留物的阵列传感器于弱反应性分析物或农药残留物检测中的应用。
本发明实施例还提供了一种农药残留物检测方法,其包括:将含有农药残留物的待测溶液加入如前述的用于检测农药残留物的阵列传感器的至少一传感单元并与其中的检测液混合反应,通过观测混合反应体系的颜色变化,实现对待测溶液中农药残留物的检测。
在一实施方案之中,所述的检测方法包括:
将一系列包含不同浓度农药残留物的标准溶液分别加入所述阵列传感器的各传感单元并与其中的检测液混合反应,通过扫描仪读取各混合反应体系的颜色变化并进行数字化处理,获得农药残留物浓度-欧式距离标准拟合曲线;
将含有农药残留物的待测溶液加入所述阵列传感器的至少一传感单元并与其中的检测液混合反应,通过扫描仪读取混合反应体系的颜色变化并进行数字化处理,之后与所述标准拟合曲线对照,从而测得待测溶液中农药残留物的含量。
与现有技术相比,本发明的有益效果包括:
1)本发明提供的用于检测农药残留物的阵列传感器可以定性或者半定量地对各种类型农药残留物进行识别和区分,检测对象范围广泛,实现了阵列传感技术在弱反应性分析物-农药残留物检测方面的应用;
2)本发明提供的用于检测农药残留物的阵列传感器的制作过程简单,检测方法测定速度快且检测灵敏度较好,只需要5-10分钟,操作简单,不需要复杂昂贵的仪器,成本低,易于实现工业化生产,为实现阵列传感技术在弱反应性分析物的检测应用方面提供了基础和可能性。
具体实施方式
如前所述,鉴于现有技术的缺陷,本案发明人经长期研究和大量实践,得以提出本发明的技术方案,其主要是提供一种用于检测农药残留物的阵列传感器的制备方法,包括高锰酸钾与硫酸浓度以及比例的筛选,以及阵列的构造。
进一步的,本发明是以筛选出的不同浓度与比例作为阵列的传感单元;将这些筛选出的浓度与比例置于96孔板中,提取每个响应点对应的颜色信息,将所有这些颜色信息归总,构建阵列系统。
如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
作为本发明技术方案的一个方面,其所涉及的系一种用于检测农药残留物的阵列传感器的制备方法,其包括:
提供一系列包含不同浓度高锰酸钾和/或重铬酸钾以及硫酸的均匀混合体系作为检测液;
将各检测液分别置于阵列传感器的各传感单元中,制得用于检测农药残留物的阵列传感器。
在一实施方案之中,所述检测液中高锰酸钾或重铬酸钾的浓度范围为0.01~0.1mMol/L。
进一步的,所述检测液中硫酸的浓度范围为0.1~1.0Mol/L。
进一步的,所述检测液中高锰酸钾和/或重铬酸钾与硫酸的摩尔比范围为0.00001~0.001:1。
进一步的,所述阵列传感器中传感单元为2~10个。
在一实施方案之中,所述传感单元包括96孔板;进一步的,所述96孔板包括全透明微孔板、黑色微孔板或白色微孔板等,但不限于此。
具体的,所述制备方法可以包括:
(1)高锰酸钾和/或重铬酸钾与硫酸以不同的浓度和比例混合得到不同的检测液;
(2)将一定体积步骤(1)得到的检测液放入96孔板中,得到所述的用于检测农药残留物的阵列传感器。
作为本发明技术方案的另一个方面,其所涉及的系由前述方法制备的用于检测农药残留物的阵列传感器。
作为本发明技术方案的另一个方面,其所涉及的系前述的用于检测农药残留物的阵列传感器于弱反应性分析物或农药残留物检测中的应用。
例如,本发明实施例还提供了一种农药残留物检测方法,其包括:将含有农药残留物的待测溶液加入前述的用于检测农药残留物的阵列传感器的至少一传感单元并与其中的检测液混合反应,通过观测混合反应体系的颜色变化,实现对待测溶液中农药残留物的检测。
在一实施方案之中,所述的检测方法包括:
将一系列包含不同浓度农药残留物的标准溶液分别加入所述阵列传感器的各传感单元并与其中的检测液混合反应,通过扫描仪读取各混合反应体系的颜色变化并进行数字化处理,获得农药残留物浓度-欧式距离标准拟合曲线;
将含有农药残留物的待测溶液加入所述阵列传感器的至少一传感单元并与其中的检测液混合反应,通过扫描仪读取混合反应体系的颜色变化并进行数字化处理,之后与所述标准拟合曲线对照,从而测得待测溶液中农药残留物的含量。
其中,在一更为具体的实施案例之中,参见图1所示,所述检测方法具体包括如下步骤:
(1)将一系列包含不同浓度农药残留物的标准溶液分别加入所述阵列传感器的各传感单元并与其中的检测液混合反应,取一定体积置入96孔板中,所述用于检测农药残留物的阵列传感器的传感单元与农药残留物反应后分别产生不同的颜色变化,通过扫描仪读取各混合反应体系的颜色变化;
(2)通过Photoshop软件对步骤(1)中的扫描仪读取的颜色变化进行数字化处理,得到不同传感单元前后图像对应的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△R、△G和△B值,将△R、△G和△B值转换成欧式距离(EuclideanDistance,ED),以欧式距离(ED值)为纵坐标,农药残留物浓度为横坐标,得到农药残留物浓度-欧式距离标准拟合曲线;
(3)将含有农药残留物的待测溶液加入所述阵列传感器的至少一传感单元并与其中的检测液混合反应,通过扫描仪读取混合反应体系的颜色变化,然后按照步骤(2)的处理方法进行数字化处理,之后与所述标准拟合曲线对照即得到的结果与标准拟合曲线进行对比,根据欧式距离ED值的数值确定待测溶液中农药残留物的含量。
综上所述,藉由上述技术方案,本发明的用于检测农药残留物的阵列传感器可以定性或者半定量地对各种类型农药残留物进行识别和区分,检测对象范围广泛,实现了阵列传感技术在弱反应性分析物-农药残留物检测方面的应用;同时,该阵列传感器的制作过程简单,检测方法测定速度快且检测灵敏度较好,只需要5-10分钟,操作简单,不需要复杂昂贵的仪器,成本低,易于实现工业化生产,为实现阵列传感技术在弱反应性分析物的检测应用方面提供了基础和可能性。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1实现对多种农药残留物的识别与区分
将相同浓度不同农药残留物的标准溶液分别加入所述阵列传感器的各传感单元并与其中的检测液混合反应,所述用于检测农药残留物的阵列传感器的传感单元与不同农药残留物反应后分别产生不同的颜色变化,通过扫描仪读取各混合反应体系的颜色变化;通过Photoshop软件对扫描仪读取的颜色变化进行数字化处理,得到不同传感单元前后图像对应的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△R、△G和△B值,实验平行5次;然后以获得的一系列△R、△G和△B值为数据,通过多变量统计软件包(MVSP v.3.1)分析得到不同农药残留物与传感阵列响应聚类分析结果,如图2所示,不同农药残留物可以被正确的识别和区分开来。
实施例2农药残留物标准拟合曲线的建立
将一系列包含不同浓度农药残留物的标准溶液分别加入所述阵列传感器的各传感单元并与其中的检测液混合反应,取一定体积置入96孔板中,所述用于检测农药残留物的阵列传感器的传感单元与农药残留物反应后分别产生不同的颜色变化,通过扫描仪读取各混合反应体系的颜色变化;通过Photoshop软件对扫描仪读取的颜色变化进行数字化处理,得到不同传感单元前后图像对应的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△R、△G和△B值,将△R、△G和△B值转换成欧式距离(EuclideanDistance,ED),以欧式距离(ED值)为纵坐标,农药残留物浓度为横坐标,得到农药残留物浓度-欧式距离标准拟合曲线,如图3所示;依据公式:检测限(LOD)=3ED空白/ED农药残留物计算得出检测农药残留物的LOD<10-7g/L。
实施例3-10阵列传感器的构建
实施例3
传感单元1:0.01mM高锰酸钾与0.6M硫酸;传感单元2:0.01mM高锰酸钾与0.7M硫酸;传感单元3:0.01mM高锰酸钾与0.8M硫酸;传感单元4:0.01mM高锰酸钾与0.9M硫酸;传感单元5:0.01mM高锰酸钾与1.0M硫酸;传感单元6:0.05mM高锰酸钾与0.6M硫酸;传感单元7:0.05mM高锰酸钾与0.7M硫酸;传感单元8:0.05mM高锰酸钾与0.8M硫酸;传感单元9:0.05mM高锰酸钾与0.9M硫酸;传感单元10:0.05mM高锰酸钾与1.0M硫酸。
实施例4
传感单元1:0.02mM高锰酸钾与0.1M硫酸;传感单元2:0.02mM高锰酸钾与0.2M硫酸;传感单元3:0.02mM高锰酸钾与0.3M硫酸;传感单元4:0.02mM高锰酸钾与0.4M硫酸;传感单元5:0.02mM高锰酸钾与0.5M硫酸;传感单元6:0.05mM高锰酸钾与0.1M硫酸;传感单元7:0.05mM高锰酸钾与0.2M硫酸;传感单元8:0.05mM高锰酸钾与0.3M硫酸;传感单元9:0.05mM高锰酸钾与0.4M硫酸;传感单元10:0.05mM高锰酸钾与0.5M硫酸。
实施例5
传感单元1:0.03mM高锰酸钾与0.1M硫酸;传感单元2:0.03mM高锰酸钾与0.2M硫酸;传感单元3:0.03mM高锰酸钾与0.3M硫酸;传感单元4:0.03mM高锰酸钾与0.4M硫酸;传感单元5:0.03mM高锰酸钾与0.5M硫酸;传感单元6:0.05mM高锰酸钾与0.1M硫酸;传感单元7:0.05mM高锰酸钾与0.2M硫酸;传感单元8:0.05mM高锰酸钾与0.3M硫酸;传感单元9:0.05mM高锰酸钾与0.4M硫酸;传感单元10:0.05mM高锰酸钾与0.5M硫酸。
实施例6
传感单元1:0.04mM高锰酸钾与0.1M硫酸;传感单元2:0.04mM高锰酸钾与0.2M硫酸;传感单元3:0.04mM高锰酸钾与0.3M硫酸;传感单元4:0.04mM高锰酸钾与0.4M硫酸;传感单元5:0.04mM高锰酸钾与0.5M硫酸;传感单元6:0.05mM高锰酸钾与0.1M硫酸;传感单元7:0.05mM高锰酸钾与0.2M硫酸;传感单元8:0.05mM高锰酸钾与0.3M硫酸;传感单元9:0.05mM高锰酸钾与0.4M硫酸;传感单元10:0.05mM高锰酸钾与0.5M硫酸。
实施例7
传感单元1:0.05mM高锰酸钾与0.1M硫酸;传感单元2:0.05mM高锰酸钾与0.2M硫酸;传感单元3:0.05mM高锰酸钾与0.3M硫酸;传感单元4:0.05mM高锰酸钾与0.4M硫酸;传感单元5:0.05mM高锰酸钾与0.5M硫酸;传感单元6:0.05mM高锰酸钾与0.1M硫酸;传感单元7:0.05mM高锰酸钾与0.2M硫酸;传感单元8:0.05mM高锰酸钾与0.3M硫酸;传感单元9:0.05mM高锰酸钾与0.4M硫酸;传感单元10:0.05mM高锰酸钾与0.5M硫酸。
实施例8
传感单元1:0.06mM高锰酸钾与0.1M硫酸;传感单元2:0.06mM高锰酸钾与0.2M硫酸;传感单元3:0.06mM高锰酸钾与0.3M硫酸;传感单元4:0.06mM高锰酸钾与0.4M硫酸;传感单元5:0.06mM高锰酸钾与0.5M硫酸;传感单元6:0.05mM高锰酸钾与0.1M硫酸;传感单元7:0.05mM高锰酸钾与0.2M硫酸;传感单元8:0.05mM高锰酸钾与0.3M硫酸;传感单元9:0.05mM高锰酸钾与0.4M硫酸;传感单元10:0.05mM高锰酸钾与0.5M硫酸。
实施例9
传感单元1:0.08mM高锰酸钾与0.1M硫酸;传感单元2:0.08mM高锰酸钾与0.2M硫酸;传感单元3:0.08mM高锰酸钾与0.3M硫酸;传感单元4:0.08mM高锰酸钾与0.4M硫酸;传感单元5:0.08mM高锰酸钾与0.5M硫酸;传感单元6:0.05mM高锰酸钾与0.1M硫酸;传感单元7:0.05mM高锰酸钾与0.2M硫酸;传感单元8:0.05mM高锰酸钾与0.3M硫酸;传感单元9:0.05mM高锰酸钾与0.4M硫酸;传感单元10:0.05mM高锰酸钾与0.5M硫酸。
实施例10
传感单元1:0.1mM高锰酸钾与0.2M硫酸;传感单元2:0.1mM高锰酸钾与0.4M硫酸;传感单元3:0.1mM高锰酸钾与0.6M硫酸;传感单元4:0.1mM高锰酸钾与0.8M硫酸;传感单元5:0.1mM高锰酸钾与1.0M硫酸;传感单元6:0.05mM高锰酸钾与0.2M硫酸;传感单元7:0.05mM高锰酸钾与0.4M硫酸;传感单元8:0.05mM高锰酸钾与0.6M硫酸;传感单元9:0.05mM高锰酸钾与0.8M硫酸;传感单元10:0.05mM高锰酸钾与1.0M硫酸。
按照实施例3-10得到的阵列传感器,加入农药残留物的标准溶液,得到的实验结果用表1表示如下。
表1
|
识别农药残留物个数 |
检测限范围 |
实施例3 |
>10 |
10<sup>-6</sup>-10<sup>-8</sup>g/L |
实施例4 |
>10 |
10<sup>-6</sup>-10<sup>-8</sup>g/L |
实施例5 |
>10 |
10<sup>-6</sup>-10<sup>-8</sup>g/L |
实施例6 |
>10 |
10<sup>-6</sup>-10<sup>-8</sup>g/L |
实施例7 |
>10 |
10<sup>-6</sup>-10<sup>-8</sup>g/L |
实施例8 |
>10 |
10<sup>-6</sup>-10<sup>-8</sup>g/L |
实施例9 |
>10 |
10<sup>-6</sup>-10<sup>-8</sup>g/L |
实施例10 |
>10 |
10<sup>-6</sup>-10<sup>-8</sup>g/L |
由表1的结果可知,所述的阵列传感器的检测对象范围广泛,且检测灵敏度较好。
实施例11
传感单元1:0.01mM重铬酸钾与0.6M硫酸;传感单元2:0.01mM重铬酸钾与0.7M硫酸;传感单元3:0.01mM重铬酸钾与0.8M硫酸;传感单元4:0.01mM重铬酸钾与0.9M硫酸;传感单元5:0.01mM重铬酸钾与1.0M硫酸;传感单元6:0.05mM重铬酸钾与0.6M硫酸;传感单元7:0.05mM重铬酸钾与0.7M硫酸;传感单元8:0.05mM重铬酸钾与0.8M硫酸;传感单元9:0.05mM重铬酸钾与0.9M硫酸;传感单元10:0.05mM重铬酸钾与1.0M硫酸。
实施例12
传感单元1:0.1mM重铬酸钾与0.1M硫酸;传感单元2:0.1mM重铬酸钾与0.4M硫酸;传感单元3:0.1mM重铬酸钾与0.6M硫酸;传感单元4:0.1mM重铬酸钾与0.8M硫酸;传感单元5:0.1mM重铬酸钾与1.0M硫酸;传感单元6:0.05mM重铬酸钾与0.2M硫酸;传感单元7:0.05mM重铬酸钾与0.4M硫酸;传感单元8:0.05mM重铬酸钾与0.6M硫酸;传感单元9:0.05mM重铬酸钾与0.8M硫酸;传感单元10:0.05mM重铬酸钾与1.0M硫酸。
经检测,实施例11-12所获阵列传感器的检测对象范围广泛,且检测灵敏度较好。
对比例1
对于实施例3-10所述的阵列传感器,当检测液中高锰酸钾的浓度<0.01或大>0.1mMol/L,硫酸的浓度<0.1或>1.0Mol/L时,将相同浓度不同农药残留物的标准溶液分别加入所述阵列传感器的各传感单元并与其中的检测液混合反应,所述用于检测农药残留物的阵列传感器的传感单元与不同农药残留物反应后分别产生不同的颜色变化,通过扫描仪读取各混合反应体系的颜色变化;通过Photoshop软件对扫描仪读取的颜色变化进行数字化处理,得到不同传感单元前后图像对应的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△R、△G和△B值,实验平行5次;然后以获得的一系列△R、△G和△B值为数据,通过多变量统计软件包(MVSPv.3.1)分析得到不同农药残留物与传感阵列响应聚类分析结果,发现识别农药残留物个数<2。将△R、△G和△B值转换成欧式距离(Euclidean Distance,ED),以欧式距离(ED值)为纵坐标,农药残留物浓度为横坐标,得到农药残留物浓度-欧式距离标准拟合曲线,计算得出检测农药残留物的LOD>10-5g/L。
综上所述,藉由本发明的上述技术方案,本发明的用于农药残留物检测的阵列传感器可实现对多种农药残留物的定性和半定量检测,同时,该阵列传感器制作过程简单,检测速度快且检测灵敏度较好,为实现阵列传感技术在弱反应性分析物的检测应用方面提供了基础和可能性。
此外,本案发明人还参照实施例1~12的方式,以本说明书中列出的其它原料和条件等进行了试验,并同样制得了可实现对多种农药残留物的定性和半定量检测的阵列传感器。
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
应当理解,上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。