一种便携式痕量重金属与pH联合快速检测仪及其方法技术

本发明专利技术一种便携式痕量重金属与pH联合快速检测仪及其方法，属于检测设备领域。该检测仪包括检测仪主体和丝网印刷电极；丝网印刷电极为双通道丝网印刷电极，具有两个独立的工作电极，两个工作电极共用一个参比电极和一个对电极，构成用于检测pH的第一三电极体系和用于检测重金属的第二三电极体系；检测仪主体包括电化学检测模块、电极插口、数据处理模块、切换模块和显示模块。本发明专利技术通过电路切换，一次性实现痕量重金属与pH联合快速检测。本发明专利技术结构简单，便携有效，在原位检测分析中具有应用前景。

A Portable Joint Rapid Detection Instrument for Trace Heavy Metals and pH and Its Method

【技术实现步骤摘要】
一种便携式痕量重金属与pH联合快速检测仪及其方法
本专利技术涉及痕量重金属离子检测相关的
，具体涉及一种便携式痕量重金属与pH联合快速检测仪。
技术介绍
随着现代社会经济和工业的不断发展，有色金属的开采、工业“三废”的排放以及农业生产中农药、化肥的不合理使用，导致有害重金属元素不断进入到土壤、水体等环境中，以直接或间接的方式危及环境生态及人类健康。目前常用的重金属离子主要检测仪包括原子吸收光谱法(AAS)，原子发射光谱法(AES)，电感耦合等离子体-质谱联用(ICP-MS)等，这些仪灵敏度高、精确性好，但这些技术仪在检测过程中对于人员的操作水平和操作步骤有着十分严格复杂的要求，所需仪器成本昂贵、规模较大，不易于进行重金属离子的原位检测。电化学伏安仪作为近些年新兴的化学分析仪，能将重金属离子浓度以可视化电化学信号的形式呈现，得到了相关人员的关注和研究兴趣。相比上述几种仪而言，电化学伏安法更能满足非专业研究人员现场进行重金属离子快速定量测试的需求，不但检测限更低、检测速度更快，且所需样品量较少、成本较低，具有简单易操作性。目前较多研究集中于电极材料的改性及修饰上，旨在提升电化学检测的灵敏度和准确性。丝网印刷电极作为电极的内部构造技术，近年来在环境监测和生物医学等领域受到了广泛应用。该类电极的基本制造原理是使墨水通过筛板上的网格并流入另一侧，而网格剩余未被墨水接触到的部分则被阻挡形成了空白部分。鉴于其简单的制作技术，该类电极可以用于批量生产电化学性能相同、操作快捷、重现性、灵敏度较好且价格低廉的一次性传感器元件，并且作为一种具备低成本、便携性且能被大规模生产的新型电化学传感器基底，该类电极能有效解决连续检测中一些问题，如响应信号的不稳定性、重现性及在线检测时间久后的污染和腐蚀等。丝网印刷电极通过修饰液对表面进行修饰，结合于恒电位电化学分析仪，可用于单一重金属或者某一特定物质(如葡萄糖)等物质检测，但目前能够运用一种丝网印刷电极用于痕量重金属与pH联合快速检测的仪尚未研发。同时由于重金属形态与pH有很大的关系，因此诸多土壤检测标准中明确规定有不同pH下的重金属浓度限值，如《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(如下表1所示)。因此，一种痕量重金属与pH联合快速检测仪十分有必要。表1农用地土壤污染风险筛选值(基本项目)单位:mg/kg
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种便携式痕量重金属与pH联合快速检测仪，可以同时对样品的pH和重金属含量进行检测，并结合pH准确判定样品是否出现重金属超标。本专利技术具体采用的技术方案如下：一种便携式痕量重金属与pH联合快速检测仪，它包括检测仪主体和丝网印刷电极；所述的丝网印刷电极为双通道丝网印刷电极，具有两个独立的工作电极，两个工作电极共用一个参比电极和一个对电极，构成用于检测pH的第一三电极体系和用于检测重金属的第二三电极体系；所述检测仪主体包括电化学检测模块、电极插口、数据处理模块、切换模块和显示模块；所述的电极插口与所述丝网印刷电极匹配，用于可拆卸式固定丝网印刷电极并在固定后与丝网印刷电极上的电极触点接触；所述的电化学检测模块与所述的电极插口电连接，用于对丝网印刷电极施加不同电位进行电化学检测；所述的切换模块用于在所述第一三电极体系和第二三电极体系之间择一与电化学检测模块连通，根据输入指令切换工作状态，使电化学检测模块分别测定样品的pH和重金属含量；存储模块，用于预先存储重金属标准和不同检测指标的标准曲线，以及实时存储所述电化学检测模块的检测数据；所述的数据处理模块用于读取所述电化学检测模块的检测数据，并根据预先存储的标准曲线计算样品的pH以及重金属含量；并将样品的pH以及重金属含量与预先存储的重金属标准中对应的阈值进行对比，判断是否当前样品的重金属含量是否超过该样品pH所适用的重金属标准阈值范围；所述的显示模块，用于对检测结果进行显示。作为优选，所述的丝网印刷电极中，两个工作电极、一个参比电极和一个对电极布置于基板上，四个电极分别通过接线与触点相连；所述的参比电极和对电极间隔布置，两者之间夹持形成两个放置工作电极的对称区域，两个工作电极共用一个参比电极和一个对电极；所述的两个工作电极中。作为优选，所述的丝网印刷电极中，所述的接线为导电银层，所述的工作电极为碳电极，所述的参比电极为Ag/AgCl电极，所述的对电极为铂丝电极，所述的基板为PET基板。进一步的，所述的碳电极采用掺杂石墨烯的导电碳层；导电碳层表面优选修饰有纳米金属氧化物。作为优选，所述的重金属的检测指标默认为汞、镉、铅、铬和砷五种。作为优选，所述检测仪主体的控制面板上设有选择模块，用于根据用户输入改变重金属检测指标和目标重金属标准。作为优选，所述的电化学检测模块能够根据输入指令或默认指令产生不同的电压模式，包括恒电位电压、循环伏安电压、方波溶出电压。作为优选，所述检测仪主体中还设有定位模块，用于在样品检测过程中自动获取当前所在的经纬度坐标，样品检测结果、采样编号以及经纬度坐标关联存储于所述存储模块中。作为优选，所述的存储模块采用ROM数据存储器，存储信息包括样品的pH、重金属浓度、采样位置的经纬度坐标和样品编号。本专利技术的另一目的在于提供一种上述任一方案所述检测仪的样品中重金属超标判断方法，其步骤如下：1)根据待测样品的检测要求，设定本次检测过程中待检测的重金属指标，将丝网印刷电极插入电极插口中固定；2)然后通过所述的切换模块调整第一三电极体系与电化学检测模块连通，将待测样品溶液滴加于第一三电极体系上，对样品的pH值进行测定；3)通过所述的切换模块调整第二三电极体系与电化学检测模块连通，将待测样品溶液与电解液进行定量混合，滴加于第二三电极体系上，对样品中预设的重金属指标的含量进行测定；4)通过所述的数据处理模块获取当前待测样品溶液的pH值和重金属含量值，然后在存储模块中查找预先存储的重金属标准；对于任一重金属标准，若该标准中重金属含量阈值与pH值无关，则直接将当前待测样品溶液的重金属含量值与标准中对应的重金属含量阈值进行对比，判断是否超过该重金属标准；若该标准中重金属含量阈值与pH值有关，则根据当前待测样品溶液的pH值确定其适用的重金属含量阈值，然后将当前待测样品溶液的重金属含量值与适用的重金属含量阈值进行对比，判断是否超过该重金属标准；5)对步骤2)～4)中的测定和判断结果数据进行编号，然后关联存储于存储模块中，同时在显示模块中进行实时显示或调用显示。本专利技术的便携式痕量重金属与pH联合快速检测仪，能够通过电路切换，一次性实现痕量重金属与pH联合快速检测。它不仅可以测定样品的重金属含量，还可以利用同步测定的pH数据判定该样品是否超标，满足土壤检测标准中不同pH下存在不同重金属浓度限值的检测要求。而且本专利技术的丝网印刷电极属于一次性电极，可以随时更换，再结合该设备的便携性，能够在野外实现快速原位检测分析，适用于污染普查、野外调研等需要大范围采样的使用场景。附图说明图1为本专利技术检测仪配套的双通道丝网电极结构示意图；图2为本专利技术检测仪配套的双通道丝网电极网版设计图；图3为本专利技术的带有电极插口的触屏显示面板；图4为本专利技术的配套双通道丝网电极插入电极插口的示意图；具体实施方式下面结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式痕量重金属与pH联合快速检测仪，其特征在于，包括检测仪主体和丝网印刷电极；所述的丝网印刷电极为双通道丝网印刷电极，具有两个独立的工作电极，两个工作电极共用一个参比电极和一个对电极，构成用于检测pH的第一三电极体系和用于检测重金属的第二三电极体系；所述检测仪主体包括电化学检测模块、电极插口、数据处理模块、切换模块和显示模块；所述的电极插口与所述丝网印刷电极匹配，用于可拆卸式固定丝网印刷电极并在固定后与丝网印刷电极上的电极触点接触；所述的电化学检测模块与所述的电极插口电连接，用于对丝网印刷电极施加不同电位进行电化学检测；所述的切换模块用于在所述第一三电极体系和第二三电极体系之间择一与电化学检测模块连通，根据输入指令切换工作状态，使电化学检测模块分别测定样品的pH和重金属含量；存储模块，用于预先存储重金属标准和不同检测指标的标准曲线，以及实时存储所述电化学检测模块的检测数据；所述的数据处理模块用于读取所述电化学检测模块的检测数据，并根据预先存储的标准曲线计算样品的pH以及重金属含量；并将样品的pH以及重金属含量与预先存储的重金属标准中对应的阈值进行对比，判断是否当前样品的重金属含量是否超过该样品pH所适用的重金属标准阈值范围；所述的显示模块，用于对检测结果进行显示。...

【技术特征摘要】
1.一种便携式痕量重金属与pH联合快速检测仪，其特征在于，包括检测仪主体和丝网印刷电极；所述的丝网印刷电极为双通道丝网印刷电极，具有两个独立的工作电极，两个工作电极共用一个参比电极和一个对电极，构成用于检测pH的第一三电极体系和用于检测重金属的第二三电极体系；所述检测仪主体包括电化学检测模块、电极插口、数据处理模块、切换模块和显示模块；所述的电极插口与所述丝网印刷电极匹配，用于可拆卸式固定丝网印刷电极并在固定后与丝网印刷电极上的电极触点接触；所述的电化学检测模块与所述的电极插口电连接，用于对丝网印刷电极施加不同电位进行电化学检测；所述的切换模块用于在所述第一三电极体系和第二三电极体系之间择一与电化学检测模块连通，根据输入指令切换工作状态，使电化学检测模块分别测定样品的pH和重金属含量；存储模块，用于预先存储重金属标准和不同检测指标的标准曲线，以及实时存储所述电化学检测模块的检测数据；所述的数据处理模块用于读取所述电化学检测模块的检测数据，并根据预先存储的标准曲线计算样品的pH以及重金属含量；并将样品的pH以及重金属含量与预先存储的重金属标准中对应的阈值进行对比，判断是否当前样品的重金属含量是否超过该样品pH所适用的重金属标准阈值范围；所述的显示模块，用于对检测结果进行显示。2.如权利要求1所述的便携式痕量重金属与pH联合快速检测仪，其特征在于，所述的丝网印刷电极中，两个工作电极、一个参比电极和一个对电极布置于基板上，四个电极分别通过接线与触点相连；所述的参比电极和对电极间隔布置，两者之间夹持形成两个放置工作电极的对称区域，两个工作电极共用一个参比电极和一个对电极；所述的两个工作电极中。3.如权利要求1所述的便携式痕量重金属与pH联合快速检测仪，其特征在于，所述的丝网印刷电极中，所述的接线为导电银层，所述的工作电极为碳电极，所述的参比电极为Ag/AgCl电极，所述的对电极为铂丝电极，所述的基板为PET基板。4.如权利要求3所述的便携式痕量重金属与pH联合快速检测仪，其特征在于，所述的碳电极采用掺杂石墨烯的导电碳层；导电碳层表面优选修饰有纳米金属氧化物。5.如权利要求1所述的便携式痕量重金属与pH联合快速检测仪，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张楚璇，梁新强，卢圆圆，何霜，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33