多维化学传感器在水中有毒金属离子污染物整体检测分析中的应用研究

This project will focus on the development of a type of multidimensional chemical sensors, and will take further efforts for their applications in general analysis of toxic heavy metal ions in water. Multidimensional chemical sensor is a novel concept and technique that was proposed for general analysis of multi-components and complex analytes in recent years. This technique broke through the limitation of the traditional techniques of detection and analysis, i.e., once detection could only analyze one particular analyte. This project will design, synthesize, screen and optimize novel multi-channel indicators for toxic metal ions, and will combine the optimized indicators together to fabricate multidimensional optical or electronic sensor arrays. Multidimensional recognition data can be obtained through investigation of their responses to toxic metal ions using optical and electronic analysis techniques. Finally, the multivariate mathematically statistic analysis will be applied to evaluate the toxic metal ions in the analyte. This study combines the concepts of multi-channel sensors and multidimensional sensors, not only a set-up which has the ability for general analysis of toxic metal ions in water will be developed, but a more thorough and deeper study and understanding of multidimensional sensors will be realized. This study will expand the basis of multidimensional sensors and pave a path for its future applications. This study is significant in science and innovation for both basic and applied research.

本项目拟研究开发一种多维化学传感器，并深入考察其用于水中有毒金属离子污染物的整体分析能力。多维化学传感器是近年来出现的一种可用于对多组份或复杂混合物样品进行整体检测分析的技术和思想，该技术突破了传统检测技术方法的局限，即一次检测通常只能测定一种特定分析物。本项目将设计、合成、筛选和优化新型的对有毒金属离子具有多通道识别特性的指示剂，并将他们集成在一起构成多维光学或电学阵列传感器；然后运用光学和电学技术考察其对有毒金属离子的响应以获得多维识别数据；最后应用数理统计分析的方法实现对分析样品中可能含有的有毒金属离子进行整体评估。本研究将多通道与多维阵列传感器的思想相结合，一方面设计开发对水中有毒金属离子具有整体检测分析能力的装置，另一方面对多维传感器的设计思想进行更深入的研究，为将来进一步拓展该技术的应用奠定一定的理论基础，该研究具有重要的科学意义和创新性。

尽管液相中有毒重金属离子的传感检测已经取得了很多成果，但仍存在很多的问题有待解决，尤其是如何实现对真实水体有毒重金属离子污染的快速整体检测分析方面还有待深入系统的研究。本项目研究开发了一种多维化学传感器，并深入考察其用于水中有毒金属离子污染物的整体分析能力。多维化学传感器是近年来出现的一种可用于对多组份或复杂混合物样品进行整体检测分析的技术和思想，该技术突破了传统检测技术方法的局限，即一次检测通常只能测定一种特定分析物。本项目设计、合成、筛选和优化了新型的对有毒金属离子具有多通道识别特性的指示剂，并将他们集成在一起构成多维光学阵列传感器；然后运用光学技术考察其对有毒金属离子的响应以获得多维识别数据；最后应用数理统计分析的方法实现对分析样品中可能含有的有毒金属离子进行整体评估。本项目首先开发了基于蠕动泵的流通池系统，固定有重金属离子指示剂的敏感膜夹在其中，用于痕量重金属离子污染物的过滤富集；通过硅胶溶胶凝胶方法或高分子聚合物法将重金属离子敏感指示剂固定于滤纸/滤膜上；在对各种指示剂机理进行充分调研的基础上，通过调节多孔介质的微环境，使得指示剂在被牢固固定的同时充分显色；再经由独特设计的流通池系统，重金属离子在膜表面被多孔介质富集，并与指示剂充分反应显色；然后通过扫描仪采集前后颜色变化，同时实现了对几种有毒重金属离子的定性和半定量检测。本研究将多通道与多维阵列传感器的思想相结合，一方面设计开发了对水中有毒金属离子具有整体检测分析能力的装置，另一方面对多维传感器的设计思想进行了更深入的研究，为进一步拓展该技术的应用奠定一定的理论基础，本研究具有重要的科学意义和创新性。