CN115104032A - 用于化学分析的探测器和相关方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于分析化学组合物的探测器，以及分析化学组合物和制造用于分析化学组合物的探测器的相关方法。所公开探测器和方法的益处可包括快速、准确、便携和经济地定性和定量分析宽范围化学组合物的发光化学传感器阵列。本文所公开方法的益处可包括快速、简单和准确地分析化学组合物中存在的微量化学物质。

Description

用于化学分析的探测器和相关方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年12月10日提交的标题为“Probes for Chemical Analysis andRelated Methods”(用于化学分析的探测器和相关方法)的美国临时专利申请号62/946,293的优先权，其公开内容全文通过引用结合到本文中。
技术领域
本公开涉及用于分析化学组合物的探测器，以及分析化学组合物和制造用于分析化学组合物的探测器的相关方法。所公开探测器和方法的益处可包括快速、准确、便携和经济地定性和定量分析宽范围化学组合物的发光化学传感器阵列。本文所公开方法的益处可包括快速、简单和准确地分析化学组合物中存在的微量化学物质。
背景技术
分析化学组合物中各种组分的特性和浓度对许多行业来说至关重要。然而，分析化学组合物的常规方法通常需要现场采样，将样品运送到远程测试设备，并使用由训练有素、花费高的人员操作的大型昂贵设备在那些样品采集后数小时至数月提供测试结果。此外，对于组合物中的化学杂质，通常没有一种通用的测试方法。相反，通常需要进行各种单独的测试，这取决于被测试的分析物和该分析物在基体材料中的浓度。因此，仍需要实时、现场分析化学组合物。仍需要单一、紧凑、廉价的化学分析技术，以及因此可测试多种杂质的装置和探测器。仍然需要可由经过5分钟到2小时培训的现场工作人员快速、容易进行的准确化学分析技术。
发明内容
本公开涉及用于分析化学组合物的探测器。在一些实施方案中，这样的探测器包括固定在平台上的发光化学传感器的阵列。在这样的实施方案中，发光化学传感器的阵列包括至少一个检测传感器、至少一个对照传感器或其组合，其中所述至少一个检测传感器，如果存在，包括固定到平台的检测区域上的两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合；其中所述至少一个对照传感器，如果存在，包括固定到平台的对照区域上的至少一种对照包含镧系元素的磷化合物；并且其中所述平台粘附到基层。
在一些实施方案中，探测器还包括固定到检测平台的检测区域上的至少一个检测传感器，和固定到对照平台的对照区域上的至少一个对照传感器，其中检测平台、对照平台或其组合粘附到基层。
在某些实施方案中，发光化学传感器的阵列包括1至3个对照传感器和1至50个检测传感器。在其它实施方案中，发光化学传感器的阵列包括2个对照传感器和1至50个检测传感器。
在某些实施方案中，对照平台和检测平台包括纤维材料，并且对照平台和检测平台固定在单独的纤维材料上。在某些实施方案中，纤维材料包括纤维素材料、纸材料、聚硅氧烷纸材料、硼硅酸盐微纤维材料、玻璃微纤维材料、石英微纤维材料、棉纤维或其组合。
在某些实施方案中，至少一种对照包含镧系元素的磷化合物直接固定到对照平台上而没有粘合剂；在一些实施方案中，检测包含镧系元素的磷化合物直接固定到检测平台上而没有粘合剂。
在某些实施方案中，基层由塑料、纸或木形成，并且基层具有等于或大于发光化学传感器的阵列的长度和宽度。在一些实施方案中，基层形成柄部，柄部位于距发光化学传感器的阵列约1mm至约10mm。
在某些实施方案中，对照平台和检测平台至少之一具有约0.1mm至约2mm或更小的厚度。在某些实施方案中，对照平台和检测平台至少之一具有约2mm至约60mm的最长测量值。在一些实施方案中，对照区域和检测区域至少之一具有正方形、长方形、圆形、卵形、三角形、六边形、多边形或其组合。
在某些实施方案中，探测器还包括固定在基层上的识别标签。在某些实施方案中，识别标签包括光学标签或射频标签；或者其中识别标签固定在探测器的底部或探测器的柄上。
在某些实施方案中，至少一种对照包含镧系元素的磷化合物包括至少一种选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y的稀土离子。在某些实施方案中，两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合包括至少2种不同的稀土离子，其中稀土离子选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y。
在某些实施方案中，发光化学传感器的阵列包括较低波长对照传感器和较高波长对照传感器。在这样的实施方案中，较低波长对照传感器包含较低波长离子X，其中较高波长对照传感器包含较高波长离子Z，其中X和Z不同。在这样的实施方案中，发光化学传感器的阵列包括至少一个检测传感器，所述至少一个检测传感器包含一定重量比的较低波长离子X与较高波长离子Z，其中重量比在约10:1 X:Z至约1:10 X:Z的范围内。
在某些实施方案中，所述至少一个检测传感器包括选自Eu、Gd和Tb的至少2种镧系元素离子；并且其中一定重量比的至少2种镧系元素离子包括约5:1 Tb:Eu、约1:5 Tb:Eu、约1:1:1 Eu:Gd:Tb、约3:1:1 Eu:Gd:Tb、约1:1:3 Eu:Gd:Tb或约1:3:1 Eu:Gd:Tb。
本公开涉及分析化学组合物的方法。本文方法的各种实施方案包括：提供探测器，其中所述探测器包括固定在平台上的发光化学传感器的阵列，其中所述发光化学传感器的阵列包括至少一个检测传感器、至少一个对照传感器或其组合，其中所述至少一个检测传感器，如果存在，包括固定到平台的检测区域上的两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合；其中所述至少一个对照传感器，如果存在，包括固定到平台的对照区域上的至少一种对照包含镧系元素的磷化合物；并且其中所述平台粘附到基层；使探测器与化学组合物接触测试持续时间；使探测器暴露于测试范围的光；并且测量发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度。
在本文方法的一些实施方案中，发光化学传感器的阵列包括至少一个对照传感器和至少一个检测传感器，其中所述至少一个对照传感器包括固定到对照平台的对照区域上的至少一种对照包含镧系元素的磷化合物，和至少一个检测传感器包括固定到检测平台的检测区域上的两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合，其中对照平台和检测平台粘附到基层。
在某些实施方案中，假如在化学组合物中有至少一种化学物质，则所述方法还包括基于发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度的测量值识别化学组合物中的至少一种化学物质。在某些实施方案中，所述方法包括基于发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度的测量值测量化学组合物中化学物质的浓度。在某些实施方案中，所述方法还包括通过比较由测试样品发射的发光波长与由浓度标准发射的发光波长之比来测量化学组合物中至少一种化学物质的浓度。
在某些实施方案中，方法包括在探测器与化学组合物接触测试持续时间之前预扫描发光化学传感器的阵列。
在某些实施方案中，化学组合物为液相或气相。在某些实施方案中，至少一种化学物质包括氘，并且化学组合物包括水。
在某些实施方案中，假如探测器还包括固定在基层上的识别标签，则方法包括通过扫描识别标签来识别探测器。
本公开涉及制造用于分析化学组合物的探测器的方法。本文这样的方法的各种实施方案包括：将发光化学传感器的阵列固定在平台的上表面上，其中所述发光化学传感器的阵列包括至少一个检测传感器、至少一个对照传感器或其组合；其中所述至少一个检测传感器，如果存在，包括固定到平台的检测区域上的两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合；其中所述至少一个对照传感器，如果存在，包括固定到平台的对照区域上的至少一种对照包含镧系元素的磷化合物；将至少两个衬条固定到平台的上表面的顶部和底部；并且使平台的下表面粘附到基层，以形成探测器。
在某些实施方案中，将发光化学传感器的阵列固定在平台的上表面上包括将至少一个检测传感器、至少一个对照传感器或其组合喷涂到平台上。在某些实施方案中，方法还包括在喷涂期间或之后加热平台。在某些实施方案中，使平台的下表面粘附到基层包括超声焊接。
在某些实施方案中，平台由无粘合剂硼硅酸盐微纤维材料、无粘合剂玻璃微纤维材料、无粘合剂石英微纤维材料、棉材料或其组合形成。在某些实施方案中，基层由塑料材料形成。在某些实施方案中，至少两个衬条由塑料材料形成。
在某些实施方案中，方法还包括切割平台、基层和至少两个衬条，以形成多个探测器。
附图说明
本专利或申请文件包含至少一个以彩色完成的附图。具有彩图的此专利或专利申请公开的副本按要求并在支付必要的费用后由专利局提供。
图1A显示根据本文一些实施方案的探测器的示意图。
图1B显示根据本文一些实施方案的图1A中探测器的示意侧面图。
图2为描绘根据本文一些实施方案的一系列化学溶剂的八因子指纹特征的图像。
图3A为描绘根据本文实施方案的方法的流程图。
图3B为描绘根据本文实施方案的方法的流程图。
图4为微量H2O加到预浸于D2O中的Eu1:Tb5-PCM-22的光电发射响应比的图解。
图5为描绘根据本文实施方案的方法的流程图。
图6为根据本文实施方案的方法和根据本文实施方案的探测器的示意图。
在结合附图阅读时，将更好地理解前面概述和以下实施方案详述。出于说明目的，在附图中显示了一些可能优选的实施方案。应理解，所描绘的实施方案不限于所示的精确细节。除非另外提到，否则附图未按比例绘制。
具体实施方式
除非另外提到，否则所有测量值均采用标准米制单位。
除非另外提到，否则“一个”、“一种””或“所述”词的所有情况都可以指代一个或多于一个它们所修饰的词或对象。
除非另外提到，否则短语“至少之一”是指一个或多于一个对象。例如，“对照平台和检测平台至少之一”是指一个对照平台、多于一个对照平台、一个检测平台、多于一个检测平台或其任何组合。
除非另外提到，否则术语“约”是指所描述的非百分比数字的±10%，四舍五入到最接近的整数。例如，约60mm应包括54至66mm。除非另外提到，否则术语“约”指百分比数字的±5%。例如，约20%应包括15至25%。当术语“约”以范围来讨论时，则该术语指小于下限且大于上限的适当量。例如，约1mm至约10mm应包括0.9至11mm。
除非另外提到，否则本文所述的性质(高度、宽度、长度、比等)应理解为平均测量值。
除非另外提到，否则术语“提供”、“所提供的”或“提供的”是指供应、生产、购买、制造、组装、形成、选择、构造、转化、引入、添加或结合本文中任何实施方案的任何方法或系统的任何元素、量、组分、试剂、数量、测量或分析。
化学物质和化学混合物组分的特性和浓度的分析在很多行业和监管机构有广泛的应用。这些行业中仅一些就包括环境法规、能源生产、石油和天然气、制药、化学制造、食品生产、水文和地球化学。各种化学测试对检测化学混合物中存在的杂质和微量化学物质非常重要。在许多类型的测试中，这些中的一些包括进行化学批次品质的品质保证评估，测试氧化氘精制，监测药物制造过程，为测试土地和水的污染物提供实验室服务，批发化学品的品质控制测试，监测环境条件，测试燃料完整性，分析化学同位素和跟踪水分水平。环境监测对满足监管要求和保持供水安全而言是重要的，包括监测来自压裂作业的石油和天然气废水，测试再生水，和测试饮用水品质。通过测试高纯度燃料的常见污染物(例如航空燃料中的柴油机尾气处理液(DEF))来保持燃料完整性。可以识别环境中的危险化学物质，例如爆炸物和爆炸示踪剂(taggants)，以及化学战剂副产物，例如氟和氰化物。
传统的化学分析方法通常耗时，且昂贵。对于通过传统方法分析化学物质，通常必须将样品收集在样品容器中，然后包装运输，这可能会给过程增加数天或数周。可能需要大的样品体积，这增加了样品收集和运输的难度。然后必须分析样品并生成报告，这可能需要训练有素实验室人员的投入和昂贵实验室设备的使用。这样的分析可包括傅里叶变换红外光谱(FT-IR)或核磁共振测量(NMR)，使用复杂的分光光度法(UV-Vis)或质谱变动(例如飞行时间质谱)。布置测试设施和设备也可能涉及高成本。总的来讲，过程可能需要几天到几周的时间才能完成，并且可能花费数百到数百万美元。而这些成本只包括设备。招聘、培训和聘请高技能工作人员解释测试结果的时间和成本可很容易使成本增至双倍或三倍。与此同时，新的监管标准正促使公司寻求更多的化学测试，而这已被证明过分地昂贵。
本文公开的实施方案可通过使以前困难的测试变得可行来解决当前化学分析需求带来的挑战。已经发现，某些磷基光致发光化合物在暴露于化学溶剂或化学组合物中的杂质时，显示它们的相对发光发射强度和波长改变。在这些当中，已发现三(对羧基)三苯基膦(P(C6H4-p-CO2H)3或tctpH3)为一种允许有效激发许多镧系元素离子的有效发色团；最近确定的一种名为PCM-22的物质可用来自Pr-Yb的任何Ln3+源以良好的产率制备(参见美国专利申请2018/0149599，和Dunning等人, Chem 2:579-589, 2017年4月13日，其内容全文结合到本文中)。
已发现，通过充当识别和定量检测多种溶剂(包括液体、气体和固体)的传感器，这样的化合物可以用于制造分析化学组合物的探测器。本公开可提供结合这样的传感器的探测器的益处，以紧凑、便携、廉价、易于使用的形式利用其广泛的灵敏度和特异性，该形式可全部在单一测试中快速且容易地识别和量化存在于化学混合物的很多组分。与传统的化学分析方法相比，这样的探测器可在节省时间和金钱方面提供巨大的优势。
本公开的实施方案可提供允许使用极小样品体积高度准确测试多种化学物质的益处。这样的实施方案可提供识别化学混合物中存在的微量化学物质的用户友好、快速、简单和廉价的方式。这样的实施方案可在短至1-2分钟内提供低至10ppm浓度的定量准确结果的益处，并有可以为特定应用定制的可定制选项，且每次测试的成本仅为几美元。这样的实施方案可提供简单性优势，使得本文方法可由现场工作人员进行。凭借这样的优势，无需由高花费的人员和实验室设备进行昂贵且耗时的样品收集、运输和分析。
本公开涉及用于分析化学组合物的探测器。作为根据本文公开的一些实施方案的探测器的说明，参考图1，探测器100包括，固定在基层104上的发光化学传感器的阵列102；基层104，包括柄部106，具有固定在基层上的识别标签108；对照传感器110，包括固定到对照平台114上的对照区域112上的至少一种对照包含镧系元素的磷化合物；检测传感器116，包括固定到检测平台120上的检测区域118上的两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物。参考图1B中的侧面图，发光化学传感器的阵列102固定在基层104上，基层104包括柄部106，具有固定在基层上也可固定在柄部上的识别标签108；对照传感器110，包括固定到对照平台114的对照区域112上的至少一种对照包含镧系元素的磷化合物；检测传感器116，包括固定到检测平台120的检测区域118上的两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物；对照平台114和检测平台120通过粘合剂122固定到基层104。
作为根据本文公开的实施方案的探测器的概念证明，参考图2，图像描绘一系列化学溶剂的八因子指纹特征。镧系元素离子Eu、Gd和Tb以所示的重量比包括在检测传感器中。圆圈显示在暴露于每种溶剂时获得的化学传感器的发光颜色。每个圆圈的尺寸代表化学传感器发射的发光强度。发光发射的颜色范围从浅黄色到深黄色、浅橙色到深橙色、浅红色到深红色、浅绿色到中绿色。
本公开涉及分析化学组合物的方法。作为根据本文实施方案的方法的总体概述，参考图3A，方法包括：提供根据本文实施方案的探测器302；使探测器与化学组合物接触测试持续时间304；使探测器暴露于测试范围的光306；和基于发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度的测量值，识别化学组合物中的至少一种化学物质308；和/或基于发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度的测量值测量化学组合物中化学物质的浓度310。作为根据本文实施方案的方法的总体概述，参考图3B，方法包括：提供根据本文实施方案的探测器312；使探测器暴露于基线范围的光314；测量发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度，从而在探测器与化学组合物接触之前预扫描发光化学传感器的阵列316；使预扫描的探测器暴露于测试范围的光318；使探测器与化学组合物接触测试持续时间320；和基于发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度的测量值，识别化学组合物中的至少一种化学物质322；和/或基于发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度的测量值，测量化学组合物中化学物质的浓度324。
作为根据本文实施方案的方法的说明，参考图4，该图包括将微量H2O加到预浸于D2O中的Eu1:Tb5-PCM-22的光电发射响应比。
本公开涉及制造用于分析化学组合物的探测器的方法。作为根据本文实施方案的方法的总体概述，参考图5，方法包括：将发光化学传感器的阵列固定在平台的上表面上502，其中所述发光化学传感器的阵列包括至少一个检测传感器、至少一个对照传感器或其组合；其中所述至少一个检测传感器，如果存在，包括固定到平台的检测区域上的两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合；其中所述至少一个对照传感器，如果存在，包括固定到平台的对照区域上的至少一种对照包含镧系元素的磷化合物；将至少两个衬条固定到平台的上表面的顶部和底部504；和使平台的下表面粘附到基层以形成探测器506。
作为根据本文实施方案的制造探测器的方法的说明，参考图6，方法600包括将至少一个检测传感器、至少一个对照传感器或其组合604喷涂602到平台608的上表面606上；在喷涂期间或之后加热610平台608；将至少两个衬条614固定612到平台608的上表面606的顶部616和底部618；使平台608的下表面622粘附620到基层624，以形成探测器626；并切割628平台608、基层624和至少两个衬条614以形成多个探测器630。
各种实施方案的化学分析探测器
本公开涉及用于分析化学组合物的探测器。在各种实施方案中，这样的探测器包括固定在平台上的发光化学传感器的阵列。在一些实施方案中，发光化学传感器的阵列包括至少一个对照传感器和至少一个检测传感器。在一些实施方案中，发光化学传感器的阵列包括至少一个检测传感器或至少一个对照传感器。
在各种实施方案中，所述至少一个检测传感器，如果存在，包括两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合。在各种实施方案中，所述至少一个对照传感器，如果存在，包括至少一种对照包含镧系元素的磷化合物。
在某些实施方案中，将至少一个检测传感器、至少一个对照传感器或其组合固定在平台上。在一些实施方案中，平台可由单片材料形成，在单片材料上固定发光化学传感器的阵列。在这样的实施方案中，至少一个检测传感器，如果存在，固定到平台的检测区域上；和至少一个对照传感器，如果存在，固定到平台的对照区域上。在这样的实施方案中，平台粘附到基层。
在某些实施方案中，所述至少一个对照传感器包括固定到对照平台的对照区域上的至少一种对照包含镧系元素的磷化合物，和至少一个检测传感器包括固定到检测平台的检测区域上的两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合。在这样的实施方案中，对照平台和检测平台可由一片或多片单独的平台材料形成。在这样的实施方案中，对照平台和检测平台粘附到基层。
在一个实施方案中，对照传感器的益处可以为锚定/校准装置，以消除任何系统误差。例如，如果一台相机处理具有一致红移的图像，则对照点将生成一条校准曲线，其中所有的点都相同红移，因此与其它装置的读取不应有任何不同。
在一个实施方案中，多个检测传感器的益处可以是为微量检测研究提供提高的准确度/精确度，并充当阵列传感的初始平台。如果使用太少的检测传感器，则可能会降低准确度/精确度，或导致不能识别某些化学物质。
在某些实施方案中，发光化学传感器的阵列包括1至3个对照传感器和1至6个检测传感器，包括1至50个传感器，包括1至100个传感器，包括1至1000个传感器。在其它实施方案中，发光化学传感器的阵列包括2个对照传感器和1至6个检测传感器。
在某些实施方案中，平台或对照平台和检测平台包括纤维材料。在某些实施方案中，平台由单一纤维材料形成。在某些实施方案中，对照平台和检测平台固定在单独的纤维材料上。
已发现，对于多种化学化合物，包含镧系元素的磷化合物非常具有反应性和灵敏性，以至于用粘结剂或粘合剂将它们直接粘附到承载层(例如基层)能不利地影响这些材料传感分析物的能力。已发现，通过将包含镧系元素的磷化合物沉积到纤维材料上，可避免这种不利的污染，其中排除包含镧系元素的磷化合物与粘合剂或粘结剂直接接触。在某些实施方案中，纤维材料包括纤维素材料、纸材料、聚硅氧烷纸材料或其组合。考虑到包含镧系元素的磷化合物对多种化学化合物的高灵敏度和反应性，固定在单独纤维材料上的对照平台和检测平台的本公开可提供在生产、储存和/或测试期间防止对照传感器和检测传感器之间交叉污染的益处。这样的益处可以为在单个测试中分析复杂化学混合物中多种组分的紧凑配置带来巨大的优势。
为了降低成本，正在进行实验以发现用粘结剂将包含镧系元素的磷材料直接粘附到基层的方法。在某些实施方案中，对照区域和检测区域包括直接粘附到粘结剂层的包含镧系元素的磷材料。
更详细地讲，在一些实施方案中，将至少一种对照包含镧系元素的磷化合物直接固定到对照平台上而没有粘合剂；在一些实施方案中，将检测包含镧系元素的磷化合物直接固定到检测平台上而没有粘合剂。本文公开的包含镧系元素的磷化合物对多种化学化合物具有强反应性，这对以紧凑、便携探测器形式分析很多不同化学物质带来了挑战。本公开的很多实施方案通过提供化学传感器来应对这一挑战，所述化学传感器包括直接固定到对照平台或检测平台上的包含镧系元素的磷化合物，而不使用粘合剂，从而防止或减少粘合剂材料与包含镧系元素的磷化合物的反应。在一些实施方案中，可用粘合剂将对照平台或检测平台的底部表面粘附到基层，而化学传感器固定在对照平台或检测平台的顶部表面上。在这样的实施方案中，避免或减少化学传感器与粘合剂接触，因此提供了防止或减少包含镧系元素的磷化合物与粘合剂反应的机会的优点，同时允许紧凑、便携、廉价、一次性测试的形式分析多种化学物质。在其中对照平台或检测平台包括纤维材料的实施方案中，这样的实施方案还可提供允许将化学传感器固定在单独或离散的区域或形状中的益处，这还有助于防止不同化学传感器之间的交叉污染。
在其它实施方案中，假如包含镧系元素的磷化合物不以任何方式与粘合剂反应，粘结剂层固定到基层上，并且发光化学传感器的阵列直接固定到粘结剂层上。在某些实施方案中，可以将这样的粘结剂层喷到基层上。在某些实施方案中，发光化学传感器的阵列选择性地印刷到粘结剂层上。在某些实施方案中，可以将对照包含镧系元素的磷化合物和检测包含镧系元素的磷化合物的任一种固定到粘结剂层上，所述粘结剂层继而分别固定到对照平台或检测平台上。在某些实施方案中，可通过喷墨、丝网印刷或可变印刷的其它方法将至少一种对照包含镧系元素的磷化合物、检测包含镧系元素的磷化合物或其组合直接喷涂到粘结剂层上或直接到基层上或直接到平台上。
在某些实施方案中，基层由塑料、纸或木形成，并且基层具有等于或大于发光化学传感器的阵列的长度和宽度。在一些实施方案中，基层形成柄部，柄部位于距发光化学传感器的阵列约1mm至约10mm。在某些实施方案中，柄部位于距发光化学传感器的阵列约3mm至约7mm。考虑到包含镧系元素的磷化合物对不同化学物质的广泛反应性，用户手指、手套或其它用户引入的污染物的任何接触或污染都可能干扰化学传感器的正确工作。本文所公开的柄部可提供允许在不需要接触基层的其余部分或化学传感器的阵列的情况下操纵探测器的益处，从而防止污染化学传感器，并防止潜在的错误读数。
在某些实施方案中，平台、对照平台和检测平台至少之一具有约0.1mm至约2mm或更小的厚度。在某些实施方案中，对照平台和检测平台至少之一具有约0.5mm至约1.5mm的厚度。在某些实施方案中，对照平台和检测平台至少之一具有约0.7mm至约1.0mm的厚度。在某些实施方案中，对照平台和检测平台至少之一具有约1mm或更小的厚度。在某些实施方案中，对照平台和检测平台至少之一具有约2mm至约60mm的最长测量值。在某些实施方案中，对照平台和检测平台至少之一具有约10mm至约60mm的最长测量值。在某些实施方案中，对照平台和检测平台至少之一具有约30mm至约40mm的最长测量值。在一些实施方案中，对照区域和检测区域至少之一具有正方形、长方形、圆形、卵形、三角形、六边形、多边形或其组合。在某些实施方案中，通过喷涂到、喷墨到、凝结到或嵌入对照区域或检测区域，可将至少一种对照包含镧系元素的磷化合物和两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物分别固定到对照区域和检测区域上。在某些实施方案中，根据对照平台或检测平台的实施方案的纤维材料可与一种或多种溶液接触，所述溶液包含至少一种对照包含镧系元素的磷化合物或两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物，允许干燥，并切割，冲压或标记，以形成对照平台或检测平台。
在某些实施方案中，探测器包括固定在基层上的识别标签。在某些实施方案中，识别标签包括光学标签或射频标签。在某些实施方案中，识别标签固定在探测器的底部或探测器的柄上。化学测试的进行提出了以下挑战：保持准确跟踪哪些测试已用每个探测器进行；例如，预先扫描了特定探测器的传感器可行性，已运行了对照测试，或者已运行了检测测试，因此不应进行第二次测试吗
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通过允许用每个探测器的独特识别标签跟踪特定探测器，来跟踪已用每个探测器进行了哪些测试步骤，以及来匹配任何预扫描或基线测试运行与随后的检测测量，包括识别标签的探测器的这样的实施方案可为这样的挑战提供解决方法。这样的实施方案也可提供在已运行检测测试后防止再次使用探测器的优点。
各种实施方案的包含镧系元素的磷化合物
本文探测器和方法的实施方案包括各种发光化合物，发光化合物包括磷原子，具有与一个或多个金属离子配位的一个或多个羧基。这样的金属离子可包括一种或多种镧系元素离子、钇离子及其组合。
在某些实施方案中，发光化合物可包括一个或多个光吸收基团。在某些实施方案中，光吸收基团结合到羧基。在一些实施方案中，光吸收基团可包括一个或多个共轭基团、芳族基团、苯基、芳基、烯基、炔基、叠氮基和氰基。
各种实施方案的发光化合物可包括各种类型的金属离子。在一些实施方案中，发光化合物可包括单个金属离子。在一些实施方案中，发光化合物可包括多个相同的金属离子，或多个不同的金属离子。在某些实施方案中，发光化合物包括不同重量比的多个金属离子。在某些实施方案中，这样的重量比可包括1:1、2:1、1:3、3:1、1:1:1、2:1:1、1:2:1、1:1:2、5:1、1:5、3:1:1、1:1:3、1:3:1及其组合。本文的发光化合物可对多种化学化合物具有反应性，其中在与多种化合物反应时发射的光的颜色和强度可广泛变化，不仅基于特定化合物，而且基于化学组合物中存在的化合物的量。本文的发光化合物可响应各种化学化合物的特性和浓度在发射光的颜色和强度发生显著变化，这取决于发光化合物中包含的特定金属离子、包含的不同金属离子的数量，以及还有在发光化合物中包含的不同金属离子的特定重量比。已发现，发光化合物中包含的不同金属离子的特性、数量和重量比因此可以在探测器上改变，以提供大大提高检测化学组合物中多种化学化合物的特异性和灵敏度的益处。
在某些实施方案中，至少一种对照包含镧系元素的磷化合物包括至少一种选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y的稀土离子。在一些实施方案中，至少一种对照包含镧系元素的磷化合物包含一种稀土离子。包含一种磷化合物的对照传感器的益处是一种稀土离子可通过提供对照参考点帮助校准。在一些实施方案中，至少一种对照包含镧系元素的磷化合物在同一框架中包含铽(Tb3+)和钆(Gd3+)，例如TbPCM-22。包含含有铽(Tb3+)和钆(Gd3+)的一种磷化合物网络的对照传感器的益处可以是它平衡或促进传感器和对照之间的信号强度(亮度)的平衡。不希望受理论限制，相信Gd3+充当框架形成的位置保持者，而在发光特性方面不是活性组分，使得具有Gd3+有效地稀释框架中Tb3+的“浓度”。
在某些实施方案中，两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合包括至少2种不同的稀土离子，其中稀土离子选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y。在一些实施方案中，两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合包括Tb、Eu和Tm。在一些实施方案中，两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合包括Eu、Gd和Tb。
发光化合物的磷原子可以为各种形式。在某些实施方案中，磷原子可以为非氧化形式。在某些实施方案中可以将磷原子氧化。在某些实施方案中，磷原子可以通过合成后氧化法氧化。
在某些实施方案中，发光化合物可具有各种结构。在某些实施方案中，发光化合物为多孔，或呈晶格形式。在某些实施方案中，发光化合物中的金属离子与相邻发光化合物上的羧基配位成晶格。在一些实施方案中，发光化合物具有蜂窝状结构，呈二维蜂窝片的形式，以重叠排列堆叠以产生具有大六边形通道的三维实体，或其组合。
在某些实施方案中，发光化合物具有各种表面积。在某些实施方案中，发光化合物具有约50m2/g至约1000m2/g的表面积。在某些实施方案中，发光化合物具有约250m2/g至约800m2/g的表面积。在某些实施方案中，发光化合物具有约500m2/g至约750m2/g的表面积。在某些实施方案中，发光化合物具有约500m2/g至约600m2/g的表面积。
发光化合物可具有各种量子产率。在一些实施方案中，发光化合物具有在约20%至约95%范围的光致发光WO的绝对量子产率。在某些实施方案中，发光化合物具有在约35%至约95%范围的ФPL值。在某些实施方案中，发光化合物具有在约50%至约90%范围的ФPL值。在某些实施方案中，发光化合物具有在约80%至约90%范围的ФPL值。
在一些实施方案中，本公开的发光化合物包括一种或多种化合物1-9，如本文所提出。
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在一些实施方案中，化合物1-9中的M1、M2和M3各自代表金属离子，包括但不限于La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y及其组合。在一些实施方案中，化合物1-9中的M1、M2和M3各自代表镧系元素离子，包括但不限于Tb、Eu、Tm及其组合。
在一些实施方案中，化合物1-9中的R1、R2、R3、R5和R6各自包括但不限于光吸收基团(如前所述)、氢(如果可行)、氧、含碳基团、脂族基团、非芳族基团、共轭基团、芳族基团、苯基、芳基、杂环基、环基团、烷基、烯基、炔基、卤化物、叠氮基、氰基、甲基、含氮基团、烷氧基、羧基、羰基、醚、酯、乙酰基、乙酰氧基、乙酰甲氧基、乙酰氧基甲酯、乙酰氧基烷基酯、烷氧基烷基酯、含硼基团、含硅基团、含磷基团、含硫基团、含砷基团、含锗基团、含硒基团、含铝基团、含锡基团、含锑基团、含碲基团、含铅基团、含铋基团、含钋基团、环胺、杂原子及其组合。
在一些实施方案中，化合物1-9中的R1、R2和R3各自包括光吸收基团。在一些实施方案中，光吸收基团包括苯基。
在一些实施方案中，化合物2、5和8中的R4包括但不限于O、S、NR7、CR8R9、Se及其组合。在一些实施方案中，R7、R8和R9各自包括但不限于光吸收基团、氢、氧、含碳基团、脂族基团、非芳族基团、共轭基团、芳族基团、苯基、芳基、杂环基、环基团、烷基、烯基、炔基、卤化物、叠氮基、氰基、甲基、含氮基团、烷氧基、羧基、羰基、醚、酯、乙酰基、乙酰氧基、乙酰甲氧基、乙酰氧基甲酯、乙酰氧基烷基酯、烷氧基烷基酯、含硼基团、含硅基团、含磷基团、含硫基团、含砷基团、含锗基团、含硒基团、含铝基团、含锡基团、含锑基团、含碲基团、含铅基团、含铋基团、含钋基团、环胺、杂原子及其组合。在一些实施方案中，R4包括氧、硫或硒。
R4基团可以多种方式悬挂到本公开的发光化合物。例如，在一些实施方案中，R4基团通过合成后修饰步骤悬挂到发光化合物。
在一些实施方案中，本公开的发光化合物包括化合物8。在一些实施方案中，化合物8中的R1、R2和R3各自包括苯基。在一些实施方案中，化合物8中M1、M2和M3各自包括Tb(III)。在一些实施方案中，R4包括已通过合成后氧化而悬挂的氧。
在一些实施方案中，本公开的发光化合物包括化合物9。在一些实施方案中，化合物9中的R1、R2和R3各自包括苯基。在一些实施方案中，化合物9中M1、M2和M3各自包括Tb(III)。在一些实施方案中，化合物9中的R5和R6各自包括但不限于含碳基团(例如脂族或芳族碳)、氢及其组合。
在某些实施方案中，发光化学传感器的阵列包括较低波长对照传感器和较高波长对照传感器。在这样的实施方案中，较低波长对照传感器包含较低波长离子X，而较高波长对照传感器包含较高波长离子Z，其中X和Z不同。在这样的实施方案中，发光化学传感器的阵列包括至少一个检测传感器，所述至少一个检测传感器包含一定重量比的较低波长离子X与较高波长离子Z，其中重量比在约10:1 X:Z至约1:10 X:Z的范围内。在某些实施方案中，重量比在约8:1 X:Z至约1:8 X:Z的范围内。在某些实施方案中，重量比在约5:1 X:Z至约1:5 X:Z的范围内。
在某些实施方案中，所述至少一个检测传感器包括选自Eu、Gd和Tb的至少2种镧系元素离子；并且其中一定重量比的至少2种镧系元素离子包括约5:1 Tb:Eu、约1:5 Tb:Eu、约1:1:1 Eu:Gd:Tb、约3:1:1 Eu:Gd:Tb、约1:1:3 Eu:Gd:Tb或约1:3:1 Eu:Gd:Tb。在某些实施方案中，一定重量比的至少2种镧系元素离子包括约4:1 Tb:Eu、约3:1 Tb:Eu、约2:1 Tb:Eu、约1:1 Tb:Eu、约1:4 Tb:Eu、约1:3 Tb:Eu、约1:2 Tb:Eu、约2:1:1 Eu:Gd:Tb、约1:2:1Eu:Gd:Tb、约1:1:2 Eu:Gd:Tb或其组合。在某些实施方案中，所述至少一个检测传感器包括分别在约10:1:1至约1:10:1至约1:1:10范围重量比的选自Eu、Gd和Tb的至少2种镧系元素离子。
各种实施方案的化学组合物分析方法
本公开涉及分析化学组合物的方法。本文方法的各种实施方案包括提供探测器，其中探测器包括固定在平台上的发光化学传感器的阵列。在某些实施方案中，发光化学传感器的阵列包括至少一个对照传感器和至少一个检测传感器。在一些实施方案中，发光化学传感器的阵列包括至少一个检测传感器或至少一个对照传感器。这样的实施方案在化学组合物分析期间可以提供可使用的探测器类型的灵活性。
在某些实施方案中，将至少一个检测传感器、至少一个对照传感器或其组合固定在平台上。在一些实施方案中，平台可由单片材料形成，在单片材料上固定发光化学传感器的阵列。在这样的实施方案中，至少一个检测传感器，如果存在，固定到平台的检测区域上；和至少一个对照传感器，如果存在，固定到平台的对照区域上。在这样的实施方案中，平台粘附到基层。在各种实施方案中，所述方法包括使探测器与化学组合物接触测试持续时间；使探测器暴露于测试范围的光；并测量发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度。
在某些实施方案中，发光化学传感器的阵列包括至少一个对照传感器和至少一个检测传感器，其中所述至少一个对照传感器包括固定到对照平台的对照区域上的至少一种对照包含镧系元素的磷化合物，和至少一个检测传感器包括固定到检测平台的检测区域上的两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合，其中对照平台和检测平台粘附到基层。在一些实施方案中，对照平台和检测平台可由一片或多片单独的平台材料形成。在各种实施方案中，所述方法包括使探测器与化学组合物接触测试持续时间；使探测器暴露于测试范围的光；并测量发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度。
探测器可与各种化学组合物接触。在某些实施方案中，化学组合物为液相或气相或其组合。在某些实施方案中，化学组合物包括固体。在包括液体化学组合物的某些实施方案中，液体可包括溶液、溶剂原料、环境水溶液、储库、废水及其组合。在某些实施方案中，化学组合物包括空气。在某些实施方案中，化学组合物为原生形式的样品。在某些实施方案中，化学组合物包括溶剂。这样的溶剂可包括来自环境的各种溶剂，或者工业或实验室溶剂。在某些实施方案中，溶剂包括单一溶剂或多于一种的溶剂。在某些实施方案中，溶剂包括液体、气体、固体或其组合。在某些实施方案中，溶剂包括有机溶剂、无机溶剂或其组合。在某些实施方案中，溶剂包括水、醇、二噁烷、甲苯、二甲基甲酰胺、己烷、氯仿、乙腈、吡啶、氧化氘及其组合的一种或多种。在某些实施方案中，溶剂包括D2O、二甲亚砜、甲醇、乙醇、丙酮、正丙醇、丁酮、二氯甲烷、乙醚、苯、己烷及其组合的一种或多种。在某些实施方案中，化学组合物包括一种或多种溶质。这样的溶质可包括但不限于氟化钠、氯化钠、溴化钠、碘化钠及其组合。在某些实施方案中，一种或多种溶剂包括化学组合物中的微量化学物质或微量污染物。这样的实施方案可提供多相流体、有机物、液体、蒸气和气体的高容量分析的益处。
更详细地讲，在实施方案中，探测器可检测D2O中的微量H2O；甲醇-d4中的微量甲醇；乙醇-d6中的微量乙醇；乙醛中的水；乙腈中的水；1,2-丁二醇中的水；1,3-丁二醇中的水；1,4-丁二醇中的水；2-丁氧基乙醇中的水；二乙醇胺(DEA)中的水；二乙二醇中的水；二乙二醇二甲醚中的水；二亚乙基三胺(DETA)中的水；1,2-二甲氧基乙烷(DME)中的水；二甲基甲酰胺(DMF)中的水；二甲亚砜(DMSO)中的水；1,4-二噁烷中的水；乙醇中的水；乙胺中的水；乙二醇中的水；糠醇中的水；甘油中的水；六甲基磷酰胺(HMPA)中的水；六甲基亚磷酰三胺(HMPT)中的水；甲醇中的水；甲胩中的水；n-甲基-2-吡咯烷酮中的水；1-丙醇中的水；2-丙醇中的水；1,3-丙二醇中的水；1,5-丙二醇中的水；吡啶中的水；四氢呋喃(THF)中的水；三乙二醇中的水；水中的微量氟化物；水中的微量氰化物；超高纯度气流(包括N2、Ar、CH4、H2)中的H2O；气流(例如CH4、H2)中的NH3；气流中的H2S污染物；气流中的H2Se污染物；丙酮纯度；丙烯腈中的酸度(作为乙酸)；苯乙烯中的醛类；柴油燃料中的硝酸烷基酯；LPG中的氨/胺；通过UV的甲醇中的芳族化合物；通过GC的乙醇纯度；乙苯纯度；LP中的乙硫醇；氟化物；己烯-1纯度；气态燃料中的硫化氢和胂；液体烃中的硫化氢和硫醇硫；芳烃中的硫化氢和二氧化硫；燃料油中的硫化氢；气相中的硫化氢；氢气中的硫化氢、硫醇硫和硫化羰；乙二醇中的低浓度二乙二醇；甲醇纯度；甲基乙基酮(MEK)纯度；甲基异丁基酮纯度；水分含量；异丙苯的苯酚含量；苯中的噻吩；没有另外列举的大多数液体中的水含量；甲醇-d4中的微量水；DMSO-d6中的水；乙醇-d6中的微量水；乙酸乙烯酯中的乙醛含量；甲醇中的丙酮含量；乙醇中的酸度；二醇中的酸度；乙酸乙烯酯和乙醛中的酸度；挥发性溶剂中的酸度；丙酮中的碱度；LPG中的碱度；柴油燃料中的硝酸戊酯；通过HPLC的航空燃料中的芳族化合物；通过GC/GCMS的汽油中的芳族化合物；通过GC的烃中的芳族化合物；通过UV的正链烷烃中的芳族化合物；有机溶剂中的苯和DCPD；液体中的羰基含量；丙烷的干燥度；乙醇中的脂肪酸甲酯(FAME)；航空涡轮机燃料中的脂肪酸甲酯；水中的氟化有机物；卤代有机溶剂中的游离卤素；一、二、三和四乙二醇中的二醇杂质；水中的草甘膦；通过GC的原油中的甲醇；通过水提取法的原油中的甲醇；重烃中的有机酸(作为酚类化合物)；各种溶剂中的过氧化物；乙醇中的硫酸盐；和/或有机溶剂中的微量过氧化物。
在一个实施方案中，相信探测器可允许识别、追踪和/或量化以下分析物：乙酸；丙酮；氨；乙酸丁酯；四氯化碳；氯苯；乙醇；乳酸乙酯；乙二醇单甲醚；甲醛；氯化氢；硒化氢；硫化氢；异丙醇；甲醇；甲基乙基酮；甲基异丁基酮；氧化亚氮；苯酚；丙醇；丙二醇；三氯苯；三氯乙烯；三氯乙烷；甲苯；二甲苯；五氟化砷；胂；三氯化硼；三氟化硼；三氟化氯；铬磷酸(chromic phosphoric acid)；乙硼烷；二氯硅烷；二甲苯；二甲基锌；乙硅烷；乙苯；锗烷；六甲基二硅氮烷；氢氟酸；n-甲基吡咯烷酮；三氟化氮；光气；膦；磷酸；五氟化磷；四氯化硅；四氟化硅；六氟化硫；六氟化碲；三甲基铝；三甲基镓；三甲基铟；六氟化钨；氢氧化铵；盐酸；氢氧化钾；丙二醇单甲醚乙酸酯；氢氧化钠；和/或硫酸。
本文方法的实施方案包括使探测器与化学组合物接触测试持续时间。在各种实施方案中，这样的测试持续时间可在约1秒至5分钟的范围内。通常，如果测试进行太快，则材料可能不会被分析物饱和，导致得到错误读数。例如，在一些纯度测试中，如果读数读取过快，则会由于材料没有时间与分析物彻底反应的事实给出较高的纯度读数。
在某些实施方案中，一种或多种化学组合物可与探测器接触一段或多段测试持续时间。在某些实施方案中，本文的方法允许在探测器与化学组合物接触时通过肉眼可见的颜色变化来即时识别溶剂。在某些实施方案中，方法包括在探测器与化学组合物接触测试持续时间之前预扫描发光化学传感器的阵列。这样的实施方案可提供在化学传感器与化学组合物反应之前提供化学传感器的“基线”读数的益处，因此有助于确保探测器没有污染，并且化学传感器在进行化学分析之前具有必要的活力和批次之间的发光不一致。
本文方法的实施方案包括使探测器暴露于测试范围的光；在一个实施方案中，测试范围的光包括在约280nm至约400nm范围的光。在某些实施方案中，测试范围的光包括在约300nm至约380nm范围的光。在某些实施方案中，测试范围的光包括在约320nm至约350nm范围的光。在这样的实施方案中，发光化学传感器和化学组合物中一种或多种化学物质之间的相互作用引起在探测器暴露于测试范围的光时，发光化学传感器发射可见光的特定特征颜色和强度。在某些实施方案中，化学组合物中的特定化学物质产生颜色和亮度的独特八因子特征；可用这个光特征识别和量化化学组合物中存在的化学物质。
本公开的实施方案可带来允许探测器响应化学组合物中存在的多种化学物质而显示颜色和亮度的多因子特征的配置的优点。在各种实施方案中，发光化学传感器阵列包括不同离子比率的不同包含镧系元素的磷化合物，所述比率配置成响应非常不同种类的化合物的存在提供发射光的颜色和强度的可辨别响应。例如，这样的化合物可包括相互不同的溶剂，可多如甲醇、水和甲苯，但所有这样的溶剂都可能在单次化验中都定性和定量地识别。这样的化合物也可包括彼此非常相似的化学物质，例如水和氘，然而诸如这些的化合物也可通过本文的化学分析方法甚至以微量来区分。在一个离子重量比可能为化学分析提供一定程度的特异性和灵敏度的情况下，在化学传感器的磷化合物中加入更多重量比的镧系元素离子可仍以紧凑的单一化验形式增加分析的灵敏度和特异性。在一个实施方案中，发光化学传感器的阵列包括在包含镧系元素的磷化合物中包含的三种不同镧系元素离子的至少四种不同重量比组合。化学传感器的阵列中的四种重量比组合各自响应每种化学物质的存在和化学物质浓度提供独特的颜色信号和强度信号，从而为每种化学物质和化学物质浓度提供独特的八因子“指纹”，所有都可以单一紧凑的化验形式读取。
在某些实施方案中，发光化合物可在暴露于化学组合物之前纯化。在某些实施方案中，在暴露于化学组合物之前加热发光化合物。在某些实施方案中，在暴露于化学组合物之前干燥发光化合物。干燥可包括空气干燥，使用加热枪干燥，使用真空干燥，或其它合适的干燥方法。在某些实施方案中，在暴露于化学组合物之前纯化发光化合物减少或消除了与发光化合物合成相关的溶剂或杂质的量。这样的实施方案可提供提高使用探测器的化学分析的准确度和灵敏度的益处。
在某些实施方案中，假如在化学组合物中有至少一种化学物质，则所述方法包括基于发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度的测量值识别化学组合物中的至少一种化学物质。在某些实施方案中，所述方法包括基于发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度的测量值测量化学组合物中化学物质的浓度。这样的实施方案可提供不仅检测而且测量化学目标的益处。在其它实施方案中，这样的方法可允许通过简单的分光光度法定量化学分析，与广泛的溶剂相容，在几分钟而不是几天内得到结果。在某些实施方案中，化学组合物为液相或气相。在某些实施方案中，至少一种化学物质包括氘，并且化学组合物包括水。这样的实施方案可提供检测溶剂中低水平水的益处，从而允许多种品质保证测试。
在某些实施方案中，所述方法包括通过比较由测试样品发射的发光波长与由浓度标准发射的发光波长之比来测量化学组合物中至少一种化学物质的浓度。在某些实施方案中，浓度标准发射的发光波长在可见光范围内。在某些实施方案中，所述比为光的可见波长比。在某些实施方案中，由测试样品发射的发光波长的比包括543nm/616nm的比。在某些实施方案中，由测试样品发射的发光波长的比包括543nm/616nm/510nm的比。
在某些实施方案中，假如探测器还包括固定在基层上的识别标签，则方法包括通过扫描识别标签来识别探测器。
各种实施方案的制造探测器的方法
本公开涉及制造用于分析化学组合物的探测器的方法。本文中这样的方法的各种实施方案包括将发光化学传感器的阵列固定在平台的上表面上。在这样的实施方案中，发光化学传感器的阵列可包括至少一个检测传感器、至少一个对照传感器或其组合。在各种实施方案中，所述至少一个检测传感器，如果存在，包括固定到平台的检测区域上的两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合。在各种实施方案中，所述至少一个对照传感器，如果存在，包括固定到平台的对照区域上的至少一种对照包含镧系元素的磷化合物。
在某些实施方案中，将发光化学传感器的阵列固定在平台的上表面上包括将至少一个检测传感器、至少一个对照传感器或其组合喷涂到平台上。在这样的实施方案中，至少一个对照和/或至少一个检测传感器可分别直接和选择性地喷涂到平台的对照区域和/或检测区域上。这样的实施方案可提供快速制造在阵列中具有发光化学传感器所需组合物的探测器的益处。由于发光化学传感器的阵列直接施加到平台材料，这样的实施方案可提供具有小厚度的探测器的益处。在某些实施方案中，探测器可具有约1mm至约2mm的厚度。
在某些实施方案中，方法还包括在喷涂期间或之后加热平台。在某些实施方案中，加热可在约80℃至约120℃的温度进行。在某些实施方案中，加热可在约90℃至约110℃的温度进行。在某些实施方案中，加热可在约95℃至约100℃的温度进行。在某些实施方案中，加热可进行约1小时至约10小时的时间段。在某些实施方案中，加热可进行约2小时至约8小时的时间段。在某些实施方案中，加热可进行约3小时至约6小时的时间段。
在某些实施方案中，平台由单片纤维材料形成。在一些实施方案中，平台可由多于一种纤维材料形成。在某些实施方案中，平台由无粘合剂的纤维材料形成。在某些实施方案中，平台由无粘合剂硼硅酸盐微纤维材料、无粘合剂玻璃微纤维材料、无粘合剂石英微纤维材料、棉材料或其组合形成。
本文制造探测器的方法的各种实施方案包括将至少两个衬条固定到平台的上表面的顶部和底部，并且将平台的下表面粘附到基层，以形成探测器。在将平台的下表面粘附到基层包括超声焊接时，这样的实施方案是适用的。在某些实施方案中，至少两个衬条在平台上表面的顶部和底部对齐，并且与平台材料的一部分接触；在这样的实施方案中，超声焊接导致平台的下表面粘附到基层。这样的实施方案可提供在不使用粘合剂下将平台粘附或固定到基层的益处。
在某些实施方案中，至少两个衬条由塑料材料形成。这样的塑料材料可包括适用于超声焊接方法的任何塑料材料，包括但不限于聚酯材料、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)材料、聚苯乙烯材料、聚氯乙烯材料及其组合。
在某些实施方案中，基层由塑料材料形成。这样的塑料材料可包括适用于超声焊接方法的任何塑料材料，包括但不限于聚酯材料、PET材料、聚苯乙烯材料、聚氯乙烯材料及其组合。
在某些实施方案中，方法还包括切割平台、基层和至少两个衬条，以形成多个探测器。这样的实施方案可提供从单个制造的较大探测器快速制造具有所需尺寸的多个探测器。
附加实施方案
实施方案1. 用于分析化学组合物的探测器，所述探测器包括：固定在基层上的发光化学传感器的阵列，其中所述发光化学传感器的阵列包括至少一个对照传感器和至少一个检测传感器，其中所述至少一种对照传感器包括固定到对照平台的对照区域上的至少一种对照包含镧系元素的磷化合物，并且所述至少一种检测传感器包括固定到检测平台的检测区域上的两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合，其中对照平台和检测平台粘附到基层。
实施方案2. 实施方案1的探测器，其中所述发光化学传感器的阵列包括1至3个对照传感器和1至50个检测传感器；或者发光化学传感器的阵列包括2个对照传感器和1至50个检测传感器。
实施方案3. 实施方案1至2中任一项的探测器，其中所述对照平台和检测平台包括纤维材料，并且对照平台和检测平台固定在单独的纤维材料上。
实施方案4. 实施方案1至3中任一项的探测器，其中所述纤维材料包括纤维素材料、纸材料、聚硅氧烷纸材料或其组合。
实施方案5. 实施方案1至4中任一项的探测器，其中所述至少一种对照包含镧系元素的磷化合物直接固定到对照平台上而没有粘合剂；或者其中所述检测包含镧系元素的磷化合物直接固定到检测平台上而没有粘合剂。
实施方案6. 实施方案1至5中任一项的探测器，其中所述对照平台和检测平台至少之一具有约0.1mm至约2mm的厚度；或者，其中所述对照平台和检测平台至少之一具有约1mm或更小的厚度；或者其中所述对照平台和检测平台至少之一具有约2mm至约60mm的最长测量值；或者，其中所述对照区域和检测区域至少之一具有正方形、长方形、圆形、卵形、三角形、六边形、多边形或其组合。
实施方案7. 实施方案1至6中任一项的探测器，其中所述至少一种对照包含镧系元素的磷化合物包括至少一种选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y的稀土离子。
实施方案8. 实施方案1至7中任一项的探测器，其中所述两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合包括至少2种不同的稀土离子，其中稀土离子选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y。
实施方案9. 实施方案1至8中任一项的探测器，其中所述发光化学传感器的阵列包括较低波长对照传感器和较高波长对照传感器，其中所述较低波长对照传感器包含较低波长离子X，其中较高波长对照传感器包含较高波长离子Z，其中X和Z不同；其中发光化学传感器的阵列包括包含一定重量比的较低波长离子X与较高波长离子Z的至少一个检测传感器，其中重量比在约10:1 X:Z至约1:10 X:Z的范围内。
实施方案10. 实施方案1至9中任一项的探测器，其中所述至少一个检测传感器包括选自Eu、Gd和Tb的至少2种镧系元素离子；并且其中所述一定重量比的至少2种镧系元素离子包括约5:1 Tb:Eu、约1:5 Tb:Eu、约1:1:1 Eu:Gd:Tb、约3:1:1 Eu:Gd:Tb、约1:1:3 Eu:Gd:Tb或约1:3:1 Eu:Gd:Tb。
实施方案11. 实施方案1至10中任一项的探测器，其中所述基层由塑料、纸或木形成，并且所述基层具有等于或大于发光化学传感器的阵列的长度和宽度；或者基层形成柄部，所述柄部位于距发光化学传感器的阵列约1mm至约10mm。
实施方案12. 实施方案1至11的探测器，其中所述探测器还包括固定在基层上的识别标签。
实施方案13. 实施方案1至12中任一项的探测器，其中所述识别标签包括光学标签或射频标签；或者其中识别标签固定在探测器的底部或探测器的柄上。
实施方案14. 分析化学组合物的方法，所述方法包括：提供探测器，其中所述探测器包括固定在基层上的发光化学传感器的阵列，其中所述发光化学传感器的阵列包括至少一个对照传感器和至少一个检测传感器，其中所述至少一个对照传感器包括固定到对照平台的对照区域上的至少一种对照包含镧系元素的磷化合物，并且至少一个检测传感器包括固定到检测平台的检测区域上的两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合，其中所述对照平台和检测平台粘附到基层；使探测器与化学组合物接触测试持续时间；使探测器暴露测试范围的光；并且测量发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度。
实施方案15. 实施方案14的方法，假如在化学组合物中有至少一种化学物质，则所述方法还包括基于发光化学传感器阵列的发光颜色和强度的测量值识别化学组合物中的至少一种化学物质；或者基于发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度的测量值测量化学组合物中化学物质的浓度。
实施方案16. 实施方案14至15中任一项的方法，其中所述化学组合物为液相或气相。
实施方案17. 实施方案14至16中任一项的方法，所述方法还包括在探测器与化学组合物接触测试持续时间之前预扫描发光化学传感器的阵列。
实施方案18. 实施方案15至17中任一项的方法，其中所述至少一种化学物质包括氘，并且化学组合物包括水。
实施方案19. 实施方案15至18中任一项的方法，所述方法还包括通过比较由测试样品发射的发光波长与由浓度标准发射的发光波长之比来测量化学组合物中至少一种化学物质的浓度。
实施方案20. 实施方案14至19中任一项的方法，所述方法还包括，假如所述探测器还包括固定在基层上的识别标签，则通过扫描识别标签来识别探测器。
实施例
实施例1：合成Ln-PCM-22
所有Ln-PCM-22材料均使用相同的方法用适当比例的硝酸镧系元素(III)水合物前体合成：使三(对羧基)三苯基膦(P(C6H4-4-CO2H)3)(0.5至0.3mmol)溶解于DMF/二噁烷/H2O混合物(2.0至5.0cm3)。在相同的溶剂混合物(2.0至5.0cm3)中制备所需的Ln(NO3)3 xH2O盐(总共0.1至0.4mmol)的第二种溶液。然后将两种溶液混合并短暂搅拌，然后在70-85℃加热3-4天。通过倾析回收结晶产物，并用新鲜溶剂洗涤，然后经空气干燥。
实施例2：探测器组合件的制备
为了证明传感器材料在常规纸基一次性传感器中的潜在适用性，通过用喷胶粘附微晶使少量原样合成的传感器材料沉积到载玻片上，制备模型浸条组合件。用加热枪使材料在空气中脱溶剂，然后浸入不同的溶剂，这引起在354nm灯下观察时看到的即时颜色变化。
实施例3：通过Eu:Tb-PCM-22检测D2O和其它溶剂中的微量H2O
通过在硅油浴中在真空下加热18小时，在小的舒伦克瓶中活化所有的干燥结晶材料。为每个分光光度测量使用去溶剂化材料的等分试样(1-5mg)。通过从已知储备溶液进行一系列连续稀释，直至获得所需的ppm浓度，制备微量H2O溶剂混合物。
然后评估丙酮、乙腈、乙醇和D2O中微量H2O的检测限。混合的Eu:Tb-PCM-22可在这些有机溶剂中量化低至0.1%体积/体积的H2O；它还提供了对0.5%和5%之间H2O的视觉响应。这种传感器材料还具有检测D2O中10-100ppm范围H2O的出色的能力。D2O中H2O的传感器响应在10–120,000ppm的整个范围基本上是线性的。
实施例4：用于八因子溶剂指纹的三元Eu:Gd:Tb-PCM-22材料
为了提高PCM-22对宽得多范围的分析物的灵敏度，合成了一系列三金属传感器材料(EuX:GdY:TbZ)。
将Eu:Gd:Tb-PCM-22材料去溶剂化，并暴露于18种具有不同化学功能性和极性(介电常数，εr=1.89–79.8)的常见溶剂。记录得到的发射光谱，为每种溶剂生成独特的八因子指纹图。这八个因子源自四种Eu:Gd:Tb组合物的发射颜色强度发射(CIE)坐标和每种的相对发射强度(I相对={(I543nm/I616nm)/I510nm})。对于测试的18种溶剂，获得的八因子指纹在光谱学上是独特的：Eu:Gd:Tb-PCM-22充当传感器，用于非常快速的溶剂识别，通过监测只用一个激发波长情况下三个波长下的相对强度进行内部校准。
为比较每种溶剂的八因子指纹，得出参比图。每个独特的指纹显示为四个CIE彩色球，其中每个球的可见尺寸与其亮度的大小成比例(I相对)。图中的溶剂通过降低介电常数(极性)来组织。即使对于化学上相似的溶剂，八因子指纹也是明显的。例如，C1-C3正醇的区别在于随着烷基链长度增加而亮度降低，以及向更红的发射偏移。常见的酮类(丙酮和丁酮)和芳族化合物(苯、吡啶和甲苯)可清楚地识别。选择性不限于分子体积的变化；由于C-H与C-Cl键的不同淬灭能力，卤化溶剂CH2Cl2和CH3Cl也显示出明显的差异。
实施例5：使用喷涂和超声焊接制造探测器
根据以下规程构造探测器：
1. 将PCM-22发光化学传感器的阵列喷涂到无粘合剂的平台材料(Ahlstrom-Munksjö，产品编号Grades 121, Grade 141, Grade 151, Grade 222, Grade 237, Grade238, Grade 270, Grade 319, Grade 320; Cytiva Standard 14, 1882-866, 1851-865,I.W. Tremont B-85, Grade C, Grade D-23, Grade F)。在喷涂期间或之后在100℃进行加热2小时。
2. 每个平台在塑料衬垫基层上对齐，两个塑料衬条在平台上表面的顶部和底部对齐。
3. 应用超声焊接使每个平台的下表面粘附到塑料衬垫基层。
4. 将探测器切成具有所需直径的多个探测器。

Claims (26)

1.用于分析化学组合物的探测器，所述探测器包括：
固定在平台上的发光化学传感器的阵列，
其中所述发光化学传感器的阵列包括至少一个检测传感器、至少一个对照传感器或其组合，
其中所述至少一个检测传感器，如果存在，包括固定到平台的检测区域上的两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合；
其中所述至少一个对照传感器，如果存在，包括固定到平台的对照区域上的至少一种对照包含镧系元素的磷化合物；并且
其中平台粘附到基层。
2.权利要求1的探测器，所述探测器还包括固定到检测平台的检测区域上的至少一个检测传感器和固定到对照平台的对照区域上的至少一个对照传感器，
其中所述检测平台、对照平台或其组合粘附到基层。
3.权利要求1的探测器，其中所述发光化学传感器的阵列包括1至3个对照传感器和1至50个检测传感器；或者
所述发光化学传感器的阵列包括2个对照传感器和1至50个检测传感器。
4.权利要求2的探测器，其中所述对照平台和检测平台包括纤维材料，并且对照平台和检测平台固定在单独的纤维材料上。
5.权利要求4的探测器，其中所述纤维材料包括纤维素材料、纸材料、聚硅氧烷纸材料、硼硅酸盐微纤维材料、玻璃微纤维材料、石英微纤维材料、棉纤维或其组合。
6.权利要求2的探测器，其中所述至少一种对照包含镧系元素的磷化合物直接固定到对照平台上而没有粘合剂；或者
其中所述检测包含镧系元素的磷化合物直接固定到检测平台上而没有粘合剂。
7.权利要求2的探测器，其中所述对照平台和检测平台至少之一具有约0.1mm至约2mm或更小的厚度；或者
其中所述对照平台和检测平台至少之一具有约2mm至约60mm的最长测量值；或者
其中所述对照区域和检测区域至少之一具有正方形、长方形、圆形、卵形、三角形、六边形、多边形或其组合。
8.权利要求1的探测器，其中所述至少一种对照包含镧系元素的磷化合物包括至少一种选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y的稀土离子。
9.权利要求1的探测器，其中所述两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合包括至少2种不同的稀土离子，其中稀土离子选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y。
10.权利要求1的探测器，其中所述发光化学传感器的阵列包括较低波长对照传感器和较高波长对照传感器，其中所述较低波长对照传感器包含较低波长离子X，其中较高波长对照传感器包含较高波长离子Z，其中X和Z不同；
其中所述发光化学传感器的阵列包括至少一个检测传感器，所述至少一个检测传感器包含一定重量比的较低波长离子X与较高波长离子Z，其中重量比在约10:1 X:Z至约1:10X:Z的范围内。
11.权利要求1的探测器，其中所述至少一个检测传感器包括选自Eu、Gd和Tb的至少2种镧系元素离子；并且其中一定重量比的至少2种镧系元素离子包括约5:1 Tb:Eu、约1:5 Tb:Eu、约1:1:1 Eu:Gd:Tb、约3:1:1 Eu:Gd:Tb、约1:1:3 Eu:Gd:Tb或约1:3:1 Eu:Gd:Tb。
12.权利要求1的探测器，其中所述基层由塑料、纸或木形成，并且基层具有等于或大于发光化学传感器的阵列的长度和宽度；或者
所述基层形成柄部，柄部位于距发光化学传感器的阵列约1mm至约10mm。
13.权利要求1的探测器，其中所述探测器还包括固定在基层上的识别标签。
14.权利要求13的探测器，其中所述识别标签包括光学标签或射频标签；或者其中识别标签固定在探测器的底部或探测器的柄上。
15.分析化学组合物的方法，所述方法包括：
提供探测器，其中所述探测器包括固定在平台上的发光化学传感器的阵列，其中所述发光化学传感器的阵列包括至少一个检测传感器、至少一个对照传感器或其组合，其中所述至少一个检测传感器，如果存在，包括固定到平台的检测区域上的两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合；其中所述至少一个对照传感器，如果存在，包括固定到平台的对照区域上的至少一种对照包含镧系元素的磷化合物；并且其中所述平台粘附到基层；
使探测器与化学组合物接触测试持续时间；
使探测器暴露于测试范围的光；并且
测量发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度。
16.权利要求15的方法，其中所述发光化学传感器的阵列包括至少一个对照传感器和至少一个检测传感器，其中所述至少一个对照传感器包括固定到对照平台的对照区域上的至少一种对照包含镧系元素的磷化合物，和至少一个检测传感器包括固定到检测平台的检测区域上的两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合，其中对照平台和检测平台粘附到基层。
17.权利要求15的方法，假如在化学组合物中有至少一种化学物质，则所述方法
还包括基于发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度的测量值识别化学组合物中的至少一种化学物质；或者
基于发光化学传感器的阵列的发光颜色和强度的测量值测量化学组合物中化学物质的浓度。
18.权利要求15的方法，其中所述化学组合物为液相或气相。
19.权利要求15的方法，所述方法还包括在探测器与化学组合物接触测试持续时间之前预扫描发光化学传感器的阵列。
20.权利要求17的方法，其中所述至少一种化学物质包括氘，并且化学组合物包括水。
21.权利要求17的方法，所述方法还包括通过比较由测试样品发射的发光波长与由浓度标准发射的发光波长之比来测量化学组合物中至少一种化学物质的浓度。
22.权利要求15的方法，所述方法还包括：
假如所述探测器还包括固定在基层上的识别标签，则
通过扫描识别标签来识别探测器。
23.制造用于分析化学组合物的探测器的方法，所述方法包括：
将发光化学传感器的阵列固定在平台的上表面上，其中所述发光化学传感器的阵列包括至少一个检测传感器、至少一个对照传感器或其组合；其中所述至少一个检测传感器，如果存在，包括固定到平台的检测区域上的两种或更多种检测包含镧系元素的磷化合物的组合；其中所述至少一个对照传感器，如果存在，包括固定到平台的对照区域上的至少一种对照包含镧系元素的磷化合物；
将至少两个衬条固定到平台的上表面的顶部和底部；并且
使平台的下表面粘附到基层，以形成探测器。
24.权利要求23的方法，所述方法还包括切割平台、基层和至少两个衬条，以形成多个探测器。
25.权利要求23的方法，其中将发光化学传感器的阵列固定在平台的上表面上包括将至少一个检测传感器、至少一个对照传感器或其组合喷涂到平台上；或者还包括在喷涂期间或之后加热平台；或者其中使平台的下表面粘附到基层包括超声焊接。
26.权利要求23的方法，其中所述平台由无粘合剂硼硅酸盐微纤维材料、无粘合剂玻璃微纤维材料、无粘合剂石英微纤维材料、棉材料或其组合形成；或者基层由塑料材料形成；或者至少两个衬条由塑料材料形成。
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