CN111879768A - 一种多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶及其应用 - Google Patents

一种多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶及其应用，包括透明瓶体、上盖、中心柱、横向渗透圈、显色层，其中中心柱具有良好的毛细渗透结构，中心柱横向设有类似材质的渗透圈，相邻渗透圈之间由不透水的阻隔圈隔开，相互独立，横向渗透圈的外围是显色层，同层显色层设有竖向可拆卸隔离片，显色层上面吸附或涂有固体酸(碱)和显色剂混合物。与现有技术相比，本发明可同时进行多项指标的检测；无需对水样进行前处理，进一步提高检测速度；通过配制不同固体酸(碱)负载量，最大程度上根据所检测环境的酸碱度进行快速调节控制，可满足在不同pH梯度环境下对待测指标进行检测。

Description

一种多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶及其应用
技术领域
本发明涉及检测技术领域，尤其是涉及一种多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶及其应用。
背景技术
显色剂是一种将生化反应后产生的复合物显色以达到实验目的的一种试剂，显色反应是分析实验室最为常见的实验手段之一。显色检测具备快速检测耗时短、操作简便、成本低等特点，几乎应用于检测分析的各个领域中，如食品检测、生物检测、药品检测、水质检测等。
一般用酸碱度来描述水溶液的酸碱性强弱程度，用pH表示。由于pH是质子浓度的负对数，对浓度的数量级很敏感，在pH＝7的环境中性附近氢离子浓度变化很小，引起的pH变化却很大，此时形成pH突跃区，参见图6。目前技术对某一被测物进行检测时，当显色反应pH区间位于突跃区时，由于pH的快速变化，不易快速进行准确检测。
某些固体物质如氧化物，分子筛或盐类，经过一定处理过程，可使这些物质某些部位具有给出质子或接受质子的性质；或某些部位可能形成具有接受电子对或给出电子对的性质，由此形成布朗斯特酸或碱(
Figure BDA0002609411470000011
–Lowry acid–base theory)或路易斯酸或碱(Lewis acids and bases)。固体酸(碱)由可替代酸(碱)部分使用功能的各种制剂有机复配而成，可以在很多领域代替酸(碱)的使用。
中国专利CN104865363A公开了一种便携式自带检测液的检测瓶，包括瓶身和瓶盖，其特征在于，所述的瓶盖分为内盖和外盖两层，所述的内盖为上下均匀橡胶封口，所述的外盖上固定连接一刺针，所述的外盖侧面通过连接桥安装有防盗环，所述的外盖螺旋连接在内盖上，所述的内盖扣在瓶身上。当有需要被检测的液体时，取下瓶盖，将液体装满瓶身，盖上瓶盖，撕下防盗环，将外盖拧到底，内盖中的液体将流到瓶身内，实现快速的对瓶内的液体进行检测的目的。
中国专利CN108072757A公开了一种省时高效的免疫层析多联检测卡，包括底板和面板，所述面板紧密的固定在底板表面，底板与面板均采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂材料制成，所述材料用于避免磁性和荧光效应的产生。底板于面板间设置有保温棉构成的保温层，面板表面布置有试纸，试纸上覆有硝酸纤维素膜，试纸设置有四条并平行排列在面板表面，试纸一端通过毛细管与储样槽相通，储样槽内设置有加样孔与按压件，试纸上端设置有标签窗，标签窗内布置有不同规格的对照板。储样槽的样品利用毛细管作用运动，与特异抗体接触发生特异性结合，并于免疫酶接触显色扩大，由观察窗采集结果。
中国专利CN104865363A所公开的检测瓶存在以下不足：(1)没有办法根据实际需要快速更换检测液，导致检测指标单一，应用面窄。(2)面对同时检测多种指标时，需要配制不同检测液的多种检测瓶，操作复杂且不利于携带。(3)面对检测环境对酸碱性有要求时，无法迅速对溶液酸碱性进行调整。(4)被测物溶液的突跃区对pH进行调节时，需要较为精准的调节，费时费力。
中国专利CN108072757A所公开的免疫层析多联检测卡存在以下不足：(1)仅用于医学领域，利用免疫的特征生化反应进行检测，检测试纸类型固定，无法满足多领域的需求。(2)由于用于医学精确检测，装置材质上使用了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂材料，同时需要在试纸上添加免疫酶物质，并需要开设观察窗观测检测结果，使装置成本较高，结构相对复杂。(3)该装置没有密封结构，不利于长期保存。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶及其应用，其中中心柱具有良好的毛细渗透结构，中心柱横向设有类似材质的渗透圈，相邻渗透圈之间由不透水的阻隔圈隔开，相互独立，横向渗透圈的外围是显色层，同层显色层设有竖向可拆卸隔离片，显色层上面吸附或涂有固体酸(碱)和显色剂混合物，以此解决了现有技术的不足。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明中多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶，包括透明瓶体、上盖、中心柱、横向渗透圈、显色层，其中具体地：
待检测液体置于透明瓶体中；
上盖能够盖设于所述透明瓶体上，实现密封；
中心柱为毛细纤维管结构，其上端连接于上盖上，通过毛细渗透作用将待检测液体沿所述中心柱的轴向进行输送，中心柱具有良好的毛细渗透结构，将瓶中水样吸上，并渗透至不同高度的渗透圈及显色层，可以达到分段显色的检测效果。
横向渗透圈沿周向套设于所述中心柱上，并与所述中心柱的外壁面接触，通过毛细渗透作用将待检测液体沿所述横向渗透圈的径向输送；
显色层设于横向渗透圈的周向外壁，所述显色层上涂抹或吸附有显色剂。显色层为薄层纤维材料制成，用于涂抹或吸附显色剂，达到显色的效果。
进一步地，所述横向渗透圈的材料与中心柱的材料相同或相近，均可实现毛细渗透作用，但两者的渗透方向垂直。
进一步地，所述横向渗透圈沿中心柱的轴向设有多组，呈沿中心柱轴向的串联式分布结构。
进一步地，相邻横向渗透圈之间设有阻隔圈，所述阻隔圈对相邻横向渗透圈之间的毛细渗透作用进行物理阻隔。
进一步地，所述阻隔圈对相邻横向渗透圈之间的毛细渗透进行物理阻断，使得相邻横向渗透圈之间仅通过中心柱进行连通。同时隔离圈也对相邻显色层间进行物理阻隔，以防止不同显色剂相互影响。
进一步地，所述横向渗透圈中设有一个或多个隔离片，所述隔离片将所述横向渗透圈划分为多个区域。以此在同层显色层中达到不同pH梯度快速检测的效果。所述的隔离片具有良好的化学惰性，不与常见的化学试剂反应，且具有非亲水性，不吸引水分子，也不溶于水，用于划分不同显色区域，可同时满足在不同pH梯度环境下对同种指标进行检测。
进一步地，所述横向渗透圈中的各个区域均与所述中心柱的壁面接触。
进一步地，所述横向渗透圈上设有多个隔离片卡槽，所述隔离片卡设于所述隔离片卡槽中，实现对横向渗透圈的分隔。
进一步地，每组横向渗透圈中的各个区域中吸附或涂有的混合显色剂中负载酸(碱)质量不同。
进一步地，所述透明瓶体的外壁面上设有刻度尺。可根据检测需要加入不同体积的水样。
本发明中上述快速检测瓶在水样离子检测中的应用，包括以下步骤：针对不同被检离子制作不同的显色剂，涂抹或吸附于不同层显色层中，并根据需要按一定梯度混合不同比例的固体酸(碱)，在同层显色层不同显色区域上涂抹或吸附不同的固体酸(碱)配比的同种显色剂。
进一步地，当所述显色层上的显色试剂需要长时间保存时，通过上盖密封，并向透明瓶体中通入惰性气体。
进一步地，在本发明涉及的酸碱显色反应，包括但不限于以下显色反应：在弱碱性条件下，①铜与二乙胺基二硫代甲酸钠作用生成摩尔比为1:2的黄棕色络合物，②铅与双硫腙在pH为8.5～9.5的弱碱性柠檬酸盐-氰化物的还原性介质中，形成可被三氯甲烷(或四氯化碳)萃取的淡红色的双硫腙铅螯合物，③有氧化剂碘存在时，镍与丁二酮肟作用，形成组成比为1:4的酒红色可溶性络合物。
进一步地，在本发明中，包括但不限于以下显色反应：在酸性条件下，①六价铬与二苯碳酰二肼反应，生成紫红色化合物，②二价汞离子与双硫腙生成橙色螯合物，③钽试剂(BPHA)为弱酸，在强酸性质中可与5价钒形成一种微溶于水的桃红色螯合物。
本发明中的多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶，结构简单，易于携带，包括瓶身主体和中心柱及相关组件。旋开瓶盖，加入水样至规定刻度，再旋上瓶盖，一根纤维制成的中心柱固定于上盖上，中心柱利用毛细作用将水吸上并将渗透圈及显色层湿润，届时可观察显色层的颜色变化，判定结果。本检测瓶用于水样检测，分段显色可同时检测多项指标，根据检测对象的不同可以在显色层搭配不同的显色剂，由于隔离圈的作用可以达到分段显色的效果；酸碱梯度检测可同时在不同的pH范围检测同一指标，为最大程度减小pH突跃对检测结果的影响，根据检测背景pH值的要求不同，吸附不同固体酸(碱)负载量的显色剂混合物，由于可拆卸隔离片的作用时，可以在同层显色层形成不同pH梯度的检测环境。同时，装置可以更换显色剂，灵活操作使用，满足不同领域、不同目的的检测。同时，检测瓶为密封结构，必要时可以充入惰性气体以保护显色试剂，做到长期保存。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、本发明通过设计隔离圈分隔显色层，在检测瓶内加入少许待测液，由于毛细管作用，待测液向上运动，显色层分段显色，可同时进行多项指标的检测，使用快速、便捷；
2、本发明设计毛细管结构，使待测液通过毛细管运动，不受水中固态沉淀物、悬浮物影响，无需对水样进行前处理，进一步提高检测速度，省时高效；
3、本发明通过设计将固体酸(碱)和显色剂混合，可同时满足不同酸碱环境要求的指标检测；
4、本发明在同层显色层中增加隔离片，可同时满足在不同pH梯度环境下对同种指标进行检测；
5、装置主体为检测瓶结构，结构简单，成本底，无须维护，携带方便；瓶体为密封结构，必要时可以充入惰性气体以保护显色试剂，做到长期储存。
6、本发明对溶液酸碱度进行梯度调节的方法，最大程度上对检测环境酸碱度进行快速调节控制，这样可以更加快速、准确地对被测物进行检测。
附图说明
图1为本发明中多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶的结构示意图；
图2为本发明中中心柱及相关组件的结构示意图；
图3为本发明中未插隔离片的中心柱及相关组件的俯视图；
图4为本发明中插有隔离片的中心柱及相关组件的俯视图；
图5为本发明中隔离片的结构示意图；
图6为pH突跃图。
图中：1、上盖，2、中心柱，3、阻隔圈，4、透明瓶体，5、横向渗透圈，6、显色层，7、刻度尺，8、隔离片卡槽，9、隔离片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例中的多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶，其结构示意图如图1所示，包括透明瓶体4以及设于其上的上盖1，上盖1下固定有中心柱2(纤维吸水柱)，中心柱2四周固定多段阻隔圈3，阻隔圈3之间固定有横向渗透圈5和显色层6，中心柱2上所述显色层6中均开有若干隔离片卡槽8，隔离片卡槽8上可插上隔离片9。
整体装置为瓶型结构，上盖1可密封瓶体，上盖1正下方固定有一根中心柱2，中心柱2具有良好的毛细渗透结构，能将水样从透明瓶体4底部吸上，进一步地中心柱2的水样会润湿横向渗透圈5，横向渗透圈5之间用阻隔圈3进行阻隔分段，阻隔圈3的作用能避免不同显色剂之间相互影响，最终水样会通过横向渗透圈达到显色层6，显色层6上开有隔离片卡槽8，可插上隔离片9，隔离片9具有良好的化学惰性，不与常见的化学试剂反应，且具有非亲水性，不吸引水分子，不容于水，隔离片9对同层显色层6进行均匀分区，根据同层显色层6上吸附或涂有的混合显色剂中负载酸(碱)质量不同，同层显色层不同区域存在pH梯度，用于显色判断。透明瓶体4下方会刻有装水刻度7，用于测量瓶体内水样的含量。
工作原理：本装置为瓶状结构，具体工作时：旋开瓶盖1，加入待测水样，至刻度尺7上的目标值，旋开瓶盖1，在显色层6上吸附或涂抹相应的混合显色剂，(根据实际需要，是否使用隔离片9对同层显色层6进行分区)，再旋上瓶盖套件，中心柱2具有良好的毛细渗透结构，会将水吸上，并逐渐将横向渗透圈5及显色层6湿润，届时可观察显色层6的颜色变化，判定结果。
在检测过程中，将中心柱等效为一个微量取量器V0，经过一段时间t后，溶液会将显色层均匀润湿，假设每一分子的固体酸(碱)只能解离出1个质子(或与一个质子结合)，则可估算该区域的pH。
Figure BDA0002609411470000061
其中，pH为是质子浓度的负对数，表示水溶液的酸度；
pOH为是氢氧根离子浓度负对数，表示水溶液的碱度；
m为该区域负载的固体酸(碱)的质量；
M为该区域负载的固体酸(碱)的摩尔质量；
α为该区域负载的固体酸(碱)的解离度；
V为该区域毛细管最大浸润的溶液体积；
V0为该区域毛细管空管体积。
其中，V＞＞V0，V0近似于0。
同样的，当单分子固体酸(碱)能解离出多个质子(或与多质子结合)时，可根据固体酸(碱)多步解离度α1，α2，α3…估算其pH或pOH。其中，α1，α2，α3…为多质子固体酸(碱)在水溶液逐步解离时相对应的每一步的解离度。
由于在同层显色层6中，溶液均匀润湿混合显色剂，可通过配制不同固体酸(碱)负载量的混合显色剂，达到对目标进行不同酸碱梯度的检测效果。
以下通过两个检测水中金属离子的实例来进行说明本装置的使用过程。
实施例1：
在弱碱性条件下，①铜与二乙胺基二硫代甲酸钠作用生成摩尔比为1:2的黄棕色络合物，②铅与双硫腙在pH为8.5～9.5的弱碱性柠檬酸盐-氰化物的还原性介质中，形成可被三氯甲烷(或四氯化碳)萃取的淡红色的双硫腙铅螯合物，③有氧化剂碘存在时，镍与丁二酮肟作用，形成组成比为1:4的酒红色可溶性络合物。
同时检测铜离子、铅离子、镍离子时，可分别利用二乙胺基二硫代甲酸钠、双硫腙、丁二酮肟等为主成分制成不同的显色剂，将显色剂吸附或涂于显色层6的不同层中。
⑴旋开盖子，加入待测水样；
⑵旋开盖子，在中心柱2四周不同的显色层6区域上吸附或涂抹相应的固体碱和显色剂混合物；
⑶旋上瓶盖套件1，中心柱2会逐渐将水样上吸，并将渗透圈5及显色层6湿润；
⑷观察显色层6的颜色变化，判定结果。
实施例2：
在酸性条件下，①六价铬与二苯碳酰二肼反应，生成紫红色化合物，②二价汞离子与双硫腙生成橙色螯合物，③钽试剂(BPHA)为弱酸，在强酸性质中可与5价钒形成一种微溶于水的桃红色螯合物。
同时检测六价铬、二价汞离子、五价钒时，利用二苯碳酰二肼、双硫腙、钽试剂(BPHA)为主成分制成不同的显色剂，将显色剂吸附或涂于显色层6不同层中。
⑴旋开盖子，加入待测水样；
⑵旋开盖子，在中心柱2四周不同的显色层6区域上吸附或涂抹相应的固体酸和显色剂混合物；
⑶旋上瓶盖套件1，中心柱2会逐渐将水样上吸，并将渗透圈5及显色层6湿润；
⑷观察显色层6的颜色变化，判定结果。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶，其特征在于，包括：
透明瓶体(4)，待检测液体置于其中；
上盖(1)，能够盖设于所述透明瓶体(4)上，实现密封；
中心柱(2)，为毛细纤维管结构，其上端连接于上盖(1)上，通过毛细渗透作用将待检测液体沿所述中心柱(2)的轴向进行输送；
横向渗透圈(5)，沿周向套设于所述中心柱(2)上，并与所述中心柱(2)的外壁面接触，通过毛细渗透作用将待检测液体沿所述横向渗透圈(5)的径向输送；
显色层(6)，设于横向渗透圈(5)的周向外壁，所述显色层(6)上涂抹或吸附有显色剂。
2.根据权利要求1所述的一种多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶，其特征在于，所述横向渗透圈(5)沿中心柱(2)的轴向设有多组。
3.根据权利要求2所述的一种多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶，其特征在于，相邻横向渗透圈(5)之间设有阻隔圈(3)。
4.根据权利要求2所述的一种多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶，其特征在于，所述横向渗透圈(5)中设有一个或多个隔离片(9)，所述隔离片(9)将所述横向渗透圈(5)划分为多个区域。
5.根据权利要求4所述的一种多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶，其特征在于，所述横向渗透圈(5)中的各个区域均与所述中心柱(2)的壁面接触。
6.根据权利要求5所述的一种多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶，其特征在于，所述横向渗透圈(5)上设有多个隔离片卡槽(8)，所述隔离片(9)卡设于所述隔离片卡槽(8)中，实现对横向渗透圈(5)的分隔。
7.根据权利要求5所述的一种多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶，其特征在于，每组横向渗透圈(5)中的各个区域中吸附或涂有的混合显色剂中负载酸/碱质量不同。
8.根据权利要求1所述的一种多功能分段显色的酸碱梯度快速检测瓶，其特征在于，所述透明瓶体(4)的外壁面上设有刻度尺(7)。
9.如权利要求1～8中任一项中所述的快速检测瓶在水样离子检测中的应用，其特征在于，包括以下步骤：针对不同被检离子制作不同的显色剂，涂抹或吸附于不同层显色层中，并根据需要按一定梯度混合不同比例的固体酸/碱，在同层显色层不同显色区域上涂抹或吸附不同的固体酸/碱配比的同种显色剂。
10.根据权利要求9所述的快速检测瓶在水样离子检测中的应用，其特征在于，当所述显色层(6)上的显色试剂需要长时间保存时，通过上盖(1)密封，并向透明瓶体(4)中通入惰性气体。
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