液體中多種重金屬離子的同時電化學檢測的制作方法

專利名稱：液體中多種重金屬離子的同時電化學檢測的制作方法
液體中多種重金屬離子的同時電化學檢測技術領域
本申請涉及材料的電化學檢測。
技術背景
液體中諸如重金屬離子的污染物的檢測在測試和保護諸如河川和溪流的水源時 非常重要。基于化學熒光的檢測技術需要催化劑酶的存在用于產生閃光。例如，Hach Eclox 快速響應水測試工具包是基于發光氨(luminol)與氧化劑在催化劑酶-山葵過氧化物酶的 存在下的反應。該反應產生閃光，其可以在添加增強劑時被檢測到。發明內容
公開了用于材料的電化學檢測的技術、系統和裝置。具體地，可以使用電化學檢測 來檢測諸如鋅(Zn)、鉛(Pb)、鎘(Cd)、銅(Cu)、汞(Hg)、砷(As)等的重金屬離子的痕量級別 (trace level)0
在一個方面，檢測金屬離子的痕量級別包括向感測電極施加電壓，同時使得包含 金屬絡合物的樣品液體能夠流過該感測電極。響應于施加的電壓，周期性地測量與金屬絡 合物關聯的電流信號。處理所述周期性地測量的電流信號，以同時檢測與金屬絡合物關聯 的兩種或更多種金屬離子的存在。
實施方式可以可選地包括一個或多個以下特征。施加電壓可以包括施加累積電勢 繼而施加掃描電勢。施加掃描電勢可以包括施加具有25毫伏(mV)的幅度、4毫伏(mV)的 步進電勢、和25赫茲的頻率中的至少一個的掃描電勢。可以向該感測電極施加電壓，同時 使得該樣品液體能夠流過該感測電極。此外，可以向另一個感測電極施加電壓，同時使得另 一種樣品液體流過該另一個感測電極。周期性地測量電流信號以同時檢測包括鋅( )、鉛 0 )、鎘(Cd)、銅(Cu)、汞(Hg)和砷(As)中的兩種或更多種的兩種或更多種金屬離子的存 在。施加電壓可以包括向包括鉍、金、碳和汞中的至少一個的感測電極施加電壓。此外，施 加電壓可以包括在包括篩網印刷電極的感測電極上施加電壓。測量電流信號可以包括測量 伏安信號。測量伏安信號可以包括使用溶出(stripping)伏安計測量伏安信號。使用溶出 伏安計測量伏安信號可以包括使用一次性(disposable)溶出伏安計測量伏安信號。此外， 可以在使得該樣品液體流經該容器之前利用緩沖器預處理該樣品液體。
在另一個方面，用于檢測重金屬離子的痕量級別的系統包括檢測設備和數據處理 設備。該檢測設備包括容器，至少部分地將樣品液體容納在該容器中，其中該樣品液體包括 一種或多種金屬絡合物。該檢測設備進一步包括導電部件，至少部分地浸沒在該樣品液體 中。該容器、該溶液和該導電部件被配置為測量與每種金屬絡合物對應的伏安信號。該導 電部件包括串聯電連接的兩個或更多個感測電極；以及參考電極，耦接到所述串聯連接 的感測電極并且在所述感測電極之間共享。該數據處理設備被配置為基于測量的伏安信號 同時識別與金屬絡合物關聯的兩種或更多種金屬離子。
實施方式可以可選地包括一個或多個以下特征。該導電部件可以包括鉍、金、碳或汞中的至少一個。該導電部件可以包括篩網印刷電極。該檢測設備可以被配置為溶出伏安 計。該溶出伏安計可以包括一次性溶出伏安計。此外，該檢測設備可以被配置為通過施加 累積電勢繼而施加掃描電勢來測量伏安信號。該系統還可以包括連接到該容器的樣品入口 和樣品出口，以使得該樣品液體能夠流經該檢測設備。將該容器成形為形成使得樣品液體 能夠流經該容器并且流過該導電部件的流動通道。此外，該數據處理設備被配置為在該樣 品液體流過該導電部件的同時周期性地測量伏安信號。將該容器成形為形成使得該樣品液 體能夠流經該容器并且流過所述感測電極中的一個、而且使得另一種樣品液體能夠流經該 容器并且流過所述感測電極中的另一個的兩個或更多個通道。此外，該數據處理設備被配 置為在該樣品液體流過所述感測電極中的一個并且另一種樣品液體流過另一個感測電極 的同時周期性地測量伏安信號。
本說明書中描述的主題潛在地可以提供一個或多個以下優點。本說明書中描述的 技術和系統可以被實現為小型化的電化學分析器以最小化或降低成本。小型化的電化學分 析器可以通過利用集成的附件(auxiliary)和參考電極實現篩網印刷電極來進一步降低 成本。篩網印刷電極可以是一次性的以便于替換。此外，該電化學分析器可以使用多個篩 網印刷電極來同時檢測多種重金屬離子。為了檢測多種重金屬離子，該電化學分析器可以 使用諸如溶出伏安法的分析技術。該小型化的電化學分析器可以檢測PPt范圍(ng/L)內 的金屬離子的痕量級別。此外，本說明書描述的系統和技術可以提供伏安信號的在線測量。
本說明書中描述的主題可以被實現為用于檢測諸如鋅、鉛、鎘、銅、汞、砷等的材料 的存在的電化學方法或系統。


圖Ia是示出用于檢測各種重金屬離子的設備的開放組態的框圖Ib是示出用于檢測各種重金屬離子的設備的閉合組態的框圖2是示出示例樣品到電極接口的框圖3是用于檢測多種重金屬離子的示例過程的過程流程圖4示出不同的重金屬離子的示例電流-電壓關系；
圖5示出不同的重金屬離子的示例校準曲線(電流-濃度相關)；
圖6示出各種重金屬離子的痕量級別的方波吸收溶出伏安信號；
圖7是使用電化學檢測來檢測多種重金屬離子的系統；
圖8示出包括多個工作電極的示例篩網印刷電極；以及
各個附圖中類似的參考符號和標示指示類似的元件。
具體實施方式
公開了用于檢測諸如水的液體中的材料的技術和系統。具體地，提供用于檢測水 中諸如鋅、鉛、鎘、銅、汞、砷等的重金屬離子的痕量級別的電化學檢測設備。例如，該電化學 檢測設備可以使用諸如溶出伏安法的分析技術。
可以使用溶出伏安法作為用于檢測多種含水樣品中的重金屬離子的分析工具。溶 出伏安法可以實現為多種配置，諸如沉淀溶出伏安法和吸收溶出伏安法。本說明書中描述 的示例技術、系統和裝置使用吸收溶出伏安法。吸收溶出分析涉及利用配位體(Iigand)(例如，氯冉酸鹽或酯(CAA))形成、吸收積累和減少痕量金屬(例如，鉬(Mo))的表面活性 絡合物。因而，可以使用吸收溶出來測量存在配位體的金屬(例如，金屬絡合物)的濃度。 可以采用合適的螯合劑或配位體。
圖Ia示出用于檢測液體中重金屬離子的痕量級別的示例設備100。設備100可以 使用諸如吸收溶出伏安法的分析過程來檢測液體中的諸如鋅、鉛、鎘、銅、汞、砷等的重金屬 離子。設備100包括參考電極140、感測或工作電極150、以及用于至少部分地容納液體的 槽(housing)或容器125。當設備100被實現為通流(flow-through)設備時，容器125中 實際上僅僅容納目標液體的一部分。在一些實施方式中，設備100可以可選地包括輔助參 考電極(未示出)。
參考電極140是被構造為至少部分地導電的導電部件。可以使用各種導電材料來 實現參考電極140。例如，可以使用被提供作為電極的修改的銀線(例如，當涂有AgCl并浸 于記錄溶液中的銀/氯化銀(Ag/AgCl))。
可以使用諸如碳膠電極、玻璃碳電極、赤碳電級、網狀碳電級等的多種碳電極中的 任何一種來實現感測電極150。可以使用諸如金屬電極的其他合適的導電電極。金屬電極 可以包括例如金、汞和鉍電極。此外，感測電極150可以包括涂有或鍍有鉍的導電電極。替 換地，可以使用具有包含鉍的分析物溶液的導電電極。基于鉍的電極可以提供良好的導電 性和低的毒性。
在一些實施方式中，感測電極150可以涂有或鍍有包含諸如鉍的導電材料的薄 膜。涂有導電材料的感測或工作電極150可以是碳纖維或玻璃碳電極。感測電極150可以 涂有任何導電材料，諸如平板篩網印刷碳電級。例如，可以將感測電極150實現為包括輔助 電極的一次性篩網印刷電極。一次性篩網印刷電極可以包括使用鉍、金或碳構造的感測或 工作電極。此外，篩網印刷電極可以包括參考電極140和輔助電極，典型地分別為銀/鹵化 銀和鉬。在操作中，可以拆除被實現為通流池的示例設備100，并且可以在期望時替換篩網 印刷工作電極150。
在一些實施方式中，可以使用其他電極結構。例如，通過引用而合并于此的美國專 利No. 6，682，647和美國專利No. 5，292，423中公開的電極可以被實現為感測電極150。簡 言之，可以實現諸如Medisense公司的Exadech血糖帶的篩網印刷電極。這些帶包括印刷 在反面上具有碳觸點的聚氯乙烯(PVC)襯底上的例如由碳制成的工作和參考電極。由于原 始的工作電極目標區域被酶催化劑層覆蓋，因此一個印刷碳觸點充當汞薄膜電極的襯底。 來自另一個帶的印刷電極(Ag/AgCl)在伏安檢測期間充當參考。也可以使用TraceLab單 元的傳統的Ag/AgCl電極來執行電勢法溶出。此外，可以使用鉬線輔助電極。
可以通過涂和/或鍍各種形式的鉍來構造工作電極150。例如，可以使用微粒 (particulate)或顆粒(granular)形式的純(solid)鉍。類似地，可以使用鉍鹽作為活性 (active)電極材料。在一些實施方式中，在涂或鍍在感測電極150上的膏劑、凝膠或聚合物 材料中使用純鉍或鉍鹽。
而且，設備100可以包括各種可選組件。例如，設備100可以可選地包括入口 160 和出口 170以使得能夠作為通流池工作。當被實現為通流池時，液體(例如，水)流可以使 用入口 160和出口 170流經設備100。可以連續地檢測流經該設備的液體中諸如鋅、鉛、鎘、 銅、汞、砷等的目標重金屬離子的存在。
替換地，設備100可以在批量模式下工作，以將在槽125中保留離散的樣品而不讓 液體流過。例如，可以將預設容積的樣品液體注入到入口 160中并且保持在槽125中，以檢 測諸如鋅、鉛、鎘、銅、汞、砷等的一種或多種目標重金屬離子的存在。在開放組態下，圖Ia示出由橡膠或其他合適的密封材料制成的密封部件130，其 被設計為在第一部件Iio與第二部件120之間提供空氣和/或水密封。第一部件110包括 入口 160、出口 170和密封部件130。第二部件120包括參考電極140、感測電極150和液體 槽125。第一部件110可以是設備100的頂部部分，第二部件120可以是設備100的底部部 分。而且，第一部件110可以通過諸如鉸鏈、球窩接頭、組合件、楔形榫頭等的接合機構155 連接到第二部件120。圖Ib示出示例設備100的閉合組態視圖。當設備100閉合并且液體流經入口 160 時，橫跨參考電極140和篩網印刷感測電極150提供電流路徑。此外，可以修改設備100的形狀因數(form factor)以簡化檢測液體中諸如鋅、 鉛、鎘、銅、汞、砷等的重金屬離子的痕量級別的分析過程。例如，可以將設備100設計為簡 化樣品制備并且加速分析時間。可以將設備100設計為在使用離散樣品的批量模式下或在 通流模式下使用溶出伏安法。除了引入樣品液體和/或標準外，很少需要或根本不需要用 戶與設備100之間的相互作用。圖2是示出用于檢測諸如鋅、鉛、鎘和銅的多種重金屬離子的痕量級別的示例接 口的框圖。可以將示例設備100的槽或容器125構造為提供各種樣品到電極接口。例如， 圖2示出了用于使用多個篩網印刷電極212、222、232、242和252的示例樣品到電極接口。 可以將這些篩網印刷電極構造為基本上與篩網印刷感測電極150相似。可以將每個篩網印刷電極設計為監測一種或多種特定的重金屬離子。通過實現多 個篩網印刷電極212、222、232、242和252，可以同時或并行地監測多種重金屬離子。圖2 所示的示例中，將槽125設計為使得示例設備100能夠作為通流池工作，其可以包括多個不 同的篩網印刷電極212、222、232、242和252的池，每個篩網印刷電極具有不同的工作電極 214、224、234、244和254，諸如鉍、金、碳等等。可以使用從鉍、金、碳等中選擇的相同的或不 同的材料來構造每個工作電極。示例槽125可以包括兩個或更多個單獨的流動通道216、226、236、246和256，以 同時執行不同的樣品預處理。執行的預處理可以包括樣品清理(cleanup)和處理，諸如去 除干擾、酸化等。通過單獨的流動通道216、226、236、246和256，設備100可以從單個樣品 202中監測增加的數量的重金屬離子。例如，可以在一個流動通道(例如216)中使用參考 圖Ia和Ib描述的基于鉍的工作電極。在單獨的流動通道(例如226)中，可以使用選擇性 用于砷、硒和汞的篩網印刷金電極。可以使用快速和可再生產的方法來構造篩網印刷感測電極212、222、232、242和 252。將碳工作電極篩網印刷，并且在碳上選擇性地噴濺諸如金的導電材料。篩網印刷電極 可以包括參考電極和輔助電極二者。流動通道216、226、236、246和256中的每一個可以容 納單獨的篩網印刷電極，可以想象具有兩個不同的工作電極，諸如鉍和金，可以同時用于其 各自的測量。此外，不同的流動通道216、226、236、246和256使得能夠將不同的預處理系統 210、220、230、240和250應用于每個流動通道216、226、236、246和256。預處理系統210、220、230、240和250可以向每個流動通道提供特定的緩沖劑和/或配位體，以與一種或多種
重金屬離子反應，用于并行檢測多種重金屬離子。用于在水中同時檢測多種重金屬離子的多個電化學路徑或流動通道提供速度、小 型化和靈敏度的獨特優點。因而，可以實現設備100用于現場測試多個品種的重金屬離子。 此外，通過使用鉍或金，設備100避免了危害環境的汞的使用。圖3示出用于液體中重金屬離子的電化學檢測的示例過程300。具體地，可以使用 吸收溶出伏安法來測量和/或檢測水中諸如鋅、鉛、鎘、銅、汞、砷等的重金屬離子的痕量級 別。將獲取的諸如水的樣品添加302到設備100 (經由入口 160)。將樣品分離到不同 的流動通道216、226、236、246和256并且使用一種或多種緩沖劑和/或配位體進行預處理 304。預處理例如可以產生金屬絡合物，諸如丁二酮肟鎳(Ni-DMG)、氯冉酸鉬(Mo-CAA)、苯 磷二酚鐵(Fe-catechol)等。使用吸收溶出伏安法(例如，使用方波吸收溶出伏安法)，在 醋酸鹽PH緩沖劑或其他合適的緩沖溶液中測量304金屬絡合物的伏安信號。在這個和其 他實施方式中，使用每個流動通道216、226、236、246和256中的不同的工作電極214、224、 234、244和254(例如，鉍、汞、金等)測量伏安信號。一些重金屬可能不形成合成物，因而不需要絡合劑。該重金屬的示例包括鉛(Pb)、 鎘(Cd)、汞(Hg)和銅(Cu)。在這些類型的重金屬中可以使用電解積累而無需這樣的絡合 劑。金屬絡合物是電活性的，并且可以使用感測電極或工作電極214、224、234、244和 254通過伏安法來檢測。以預定時間段向緩沖劑中的金屬絡合物施加具有預定義幅度的積 累電勢，繼而施加具有預定義幅度、預定義步進電勢和預定義頻率的電勢掃描。例如，可以 實現以鉍薄膜電極(BFE)方波吸收溶出50mg/L的伏安克(voltammogram)的鋅。該示例 中，鋅在支持電解質0. IM醋酸鹽緩沖劑(pH 5.5)的溶液中。施加0.50V的積累電勢大約 60秒同時攪拌。積累電勢隨后是具有25mV的幅度、4mV的步進電勢、25Hz的頻率的電勢掃 描。圖4示出在通流池100中使用篩網印刷鉍電極150同時檢測各種濃度的鋅、鉛和 鎘的示例。雖然圖4中未示出，但是也可以使用鉍電極150檢測諸如銅的其他重金屬離子。 圖4示出在通流池100中使用鉍電極150同時檢測的鋅412、鎘414和鉛416的典型校準 峰。圖4所示的鋅412、鎘414和鉛416的校準峰值對應于5mM醋酸鹽緩沖劑(pH 4. 4)中 的Zn、Cd和Pb的選擇濃度(例如，450ppb)。在樣品液體以選擇流速(例如，1. OmL/min) 流經通流池100的情況下，可以使用1分鐘的沉淀(exposition)時間來測量圖4所示的峰 412、414和416。此外，可以使用_1· IV對Ag/AgCl的鉍電鍍電勢，鉍電鍍時間為1200秒。 X軸表示用于測量的電勢，而Y軸表示以mA測量的電流。圖5示出Zn、Cd和Pb的電流-濃度關系。X軸表示Zn、Cd和Pb的以十億分之 (PPb)計的濃度。Y軸表示與ZruCd和Pb的濃度對應的測量的電流。電流-濃度關系看起 來接近線性關系。圖6示出通流池100中使用篩網印刷電極150、212、222、232、242和252對于Ippb 的鎘和鉛的再現性(r印roducibility)。左邊圖610示出沒有鎘和鉛的空白(blank)的伏 安關系。右邊圖620示出Ippb的鎘和鉛的伏安關系。鎘和鉛的伏安關系示出關于鎘612和鉛614的清楚的電流峰。即便對于小的Ippb濃度級別，這些電流峰高度612和614的大 小也足以大到可見。因而，圖6顯示在相同的工作條件下可以檢測到甚至更低的痕量級別。圖7示出使用電化學檢測來檢測液體中的諸如鋅、鉛、鎘、銅、汞、砷等的重金屬離 子的示例系統700。系統700包括耦接到數據處理設備720的檢測設備710 (例如，以如圖 1所示的專用通流池設計實現)。檢測設備710可以基本上如參考圖1所述的。替換地，可 以使用其他的形狀因數來實現檢測設備710。數據處理設備720可以包括用于從檢測設備710接收數據并處理接收的數據的各 種數據處理設備。例如，數據處理設備720可以包括個人計算機(PC)、服務器計算機、便攜 式計算設備等等。此外，數據處理設備720可以包括被設計為執行軟件程序的諸如中央處 理器(CPU)的各種組件。執行的軟件程序可以包括對從檢測設備710接收到的數據執行數 據采集和分析的程序。例如，所述程序可以通信用于執行溶出伏安法的合適的記錄協議。所 述記錄協議可以包括積累電勢以及具有幅度、步進電勢、和頻率的電勢掃描。數據處理設備720通過雙向通信信道730從檢測設備710接收數據。雙向通信信 道730可以包括有線或無線連接中的任何一個。有線連接可以與通用串行總線連接、火線 連接、并行連接等兼容。無線連接可以與藍牙、WiFi、Wimax等兼容。在一些實施方式中，可 以將檢測設備可以置于遠程位置(例如，在現場，諸如水體中)用于測試遠程位置處的水 源。通過諸如廣域網(WAN)、局域網(LAN)或互聯網的網絡將使用檢測設備710收集的數據 發送到數據處理設備720。在一些實施方式中，可以將系統700實現為獨立系統或作為諸如 網絡系統的較大系統的一部分。在一些實施方式中，將系統700實現為使用方波吸收溶出伏安法的特定的檢測系 統。該檢測系統可以使用鉍電極150來測量檢測的金屬絡合物的伏安信號。可以將系統 700可以發展為用于純凈水和超純水中重金屬離子的電化學檢測和測量的合適且廉價的系 統。此外，系統700可以使用專用通流池100執行在線伏安測量。可以通過在樣品液 體的一個或多個液流中采取測量來實施在線測量用于連續監測目標重金屬離子。替換地， 系統700使得用戶能夠注入固定容積的未處理的樣品，并且可以在線執行預處理和檢測過 程，而不需要用戶接觸樣品和潛在地污染樣品。此外，系統700可以使用多個電極150、212、222、232、242和252以增加可以并行
檢測的重金屬離子的數量。這樣的多檢測系統700比在任何給定時間使用一個工作電極的 其他過程更快且更高效。在一些實施方式中，使用通流設備100描述的相同的篩網印刷電極150、212、222、 232、242和252獲得的溶出伏安法測量可以提供檢測靈敏度的放大。因而，可以檢測重金屬 離子的痕量級別。可以使用串聯池的構思提供靈敏度增強。圖8示出串聯池構思的示例表示。多個相同的工作電極812、814、816、818和820 被布置在單個篩網印刷電極條810上。工作電極812、814、816、818和820串聯連接并且共 享一個參考電極822和一個輔助電極824。在一些實施方式中，該多個工作電極812、814、 816、818和820可以是諸如金、鉍、碳等的不同的電極的混合。此外，該多個電極可以工作在 不同的測量條件下，諸如沉淀電勢和窗口。這樣的組合結構可以最小化實現檢測下限所需 的沉淀時間。
可以在數字電子電路中、或在包括本說明書中公開的結構及其結構等價物的計算 機軟件、固件、或硬件中、或在它們中的一個或多個的組合中實現本說明書中描述的主題和 功能操作的實施例。可以將本說明書中描述的主題的實施例實現為一個或多個計算機程序 產品，即，編碼在有形程序載體上的計算機程序指令的一個或多個模塊，用于由數據處理設 備執行或用于控制數據處理設備的操作。有形程序載體可以是傳播信號或計算機可讀介 質。傳播信號是人工產生的信號，例如機器產生的電、光、或電磁信號，其被產生以編碼用于 發送到合適的接收器裝置的信息，以用于由計算機執行。計算機可讀介質可以是機器可讀 的存儲設備、機器可讀的存儲襯底、存儲器件、影響機器可讀的傳播信號的事物的組合、或 它們中的一個或多個的組合。術語“數據處理裝置”涵蓋用于處理數據的所有裝置、設備、和機器，作為示例包括 可編程處理器、計算機、或多處理器或計算機。除了硬件之外，該裝置可以包括創建用于所 討論的計算機程序的運行環境的代碼，例如，構成處理器固件、協議棧、數據庫管理系統、操 作系統或它們中的一個或多個的組合的代碼。可以用任何形式的程序設計語言(包括編譯或解釋語言、說明性或過程語言)來 編寫計算機程序(也稱為程序、軟件、軟件應用程序、腳本、或代碼)，并且可以用任何形式 來部署計算機程序，包括作為獨立程序或作為模塊、組件、子例程、或適合在計算環境中使 用的其他單元。計算機程序不一定對應于文件系統中的文件。程序可以被存儲在容納其他 程序或數據(例如，存儲在標記語言文檔中的一個或多個腳本)的文件的一部分中、存儲在 專用于所討論的程序的單個文件中、或存儲在多個協同的文件(例如，存儲一個或多個模 塊、子程序、或代碼部分的文件)中。可以部署計算機程序以在一個計算機上、或在位于一 個地點或橫跨多個地點分布并由通信網絡互連的多個計算機上執行。本說明書中描述的過程和邏輯流可以由執行一個或多個計算機程序的一個或多 個可編程處理器來執行，以通過對輸入數據進行操作并產生輸出來執行功能。所述過程和 邏輯流也可以由例如FPGA(現場可編程門陣列)或ASIC(專用集成電路)的專用邏輯電路 來執行，并且裝置也可以被實現為FPGA或ASIC。適合于計算機程序的執行的處理器作為示例包括通用和專用微處理器二者、以及 任何種類的數字計算機的任何一個或多個處理器。通常，處理器將從只讀存儲器或隨機存 取存儲器或該二者接收指令和數據。計算機的必需元件是用于執行指令的處理器、以及用 于存儲指令和數據的一個或多個存儲器件。通常，計算機還將包括、或可操作地耦接到一個 或多個用于存儲數據的大容量存儲設備，例如磁盤、磁光盤、或光盤，以從其接收數據或向 其傳送數據或二者皆有。然而，計算機不需要具有這樣的設備。此外，計算機可以被嵌入到 另一個設備中。適合于存儲計算機程序指令和數據的計算機可讀介質包括所有形式的非易失性 存儲器、介質和存儲器件，作為示例包括半導體存儲器件，例如EPROM、EEPROM和閃速存儲 器件；磁盤，例如內部硬盤或活動磁盤；磁光盤；以及⑶ROM和DVD-ROM盤。處理器和存儲 器可以由專用邏輯電路補充或并入其中。為了提供與用戶的交互，本說明書中描述的主題的實施例可以在計算機上實現， 其具有例如CRT (陰極射線管)或LCD (液晶顯示器)監視器的用于向用戶顯示信息的顯示 設備、以及用戶可以借以向計算機提供輸入的鍵盤和例如鼠標或跟蹤球的定點設備。也可以使用其他種類的設備來提供與用戶的交互；例如，可以以包括聲音、言語、或觸覺輸入的 任何形式接收來自用戶的輸入。可以在包括后端組件(例如，作為數據服務器)、或包括中間件組件(例如，作為應 用服務器)、或包括前端組件(例如具有用戶通過其可以與本說明書描述的主題的實施方 式交互的圖形用戶界面或網絡瀏覽器的客戶端計算機)、或包括一個或多個這樣的后端、中 間件、或前端組件的任何組合的計算系統中實現本說明書中描述的主題的實施例。系統的 組件可以由例如通信網絡的任何形式或介質的數字數據通信互連。通信網絡的示例包括局 域網(“LAN”)以及例如互聯網的廣域網(“WAN”)。計算系統可以包括客戶端和服務器。客戶端和服務器一般彼此遠離并且典型地通 過通信網絡交互。客戶端和服務器的關系依靠在各個計算機上運行且彼此具有客戶端-服 務器關系的計算機程序而發生。雖然本說明書包含許多細節，但是這些細節不應該被解讀為對本發明或權利要求 書的范圍的限制，而是應當被解讀為可以特定于具體發明的具體實施例的特征的描述。本 說明書中在分開的實施例的背景下描述的某些特征也可以在單個實施例中組合實現。反 之，在單個實施例的背景下描述的各種特征也可以分開在多個實施例中、或在任何合適的 子組合中實現。此外，雖然特征可以如上所述以某些組合作用并且甚至最初這樣要求，但是 來自于要求的組合的一個或多個特征在一些情況下可以從組合中刪去，并且要求的組合可 以指向子組合或子組合的變體。類似地，雖然附圖中以特定的次序描述操作，但是這不應該被理解為需要以所示 的特定次序或以連續次序執行這樣的操作、或執行所有示出的操作才能實現期望的結果。僅僅描述了幾個實施方式和示例，并且其他實施方式、增強和變體可以基于本申 請中描述和所示的來產生。例如，實施方式不限于描述的金屬絡合物，基于其他重金屬和配 位體的金屬絡合物也是可能的。此外，用于吸收溶出伏安法的記錄協議可以變化。例如，可 以修改記錄協議以改變積累電勢的幅度、施加積累電勢的持續時間、攪拌或不攪拌、電勢掃 描的幅度、步進電勢的幅度、施加電勢的頻率等。
權利要求
1.一種方法，包括向感測電極施加電壓，同時使包含金屬絡合物的樣品液體流過該感測電極；響應于施加的電壓，周期性地測量與金屬絡合物關聯的電流信號；處理所述周期性地測量的電流信號，以同時檢測與金屬絡合物關聯的兩種或更多種金 屬離子的存在。
2.如權利要求1所述的方法，其中施加電壓包括施加累積電勢繼而施加掃描電勢。
3.如權利要求2所述的方法，其中施加掃描電勢包括施加具有25毫伏的幅度、4毫伏 的步進電勢、和25赫茲的頻率中的至少一個的掃描電勢。
4.如權利要求1所述的方法，其中施加電壓包括向該感測電極施加電壓，同時使該樣品液體流過該感測電極；以及向另一個感測電極施加電壓，同時使另一種樣品液體流過該另一個感測電極。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述處理包括處理所述周期性地測量的電流信號， 以同時檢測包含鋅( )、鉛(Pb)、鎘(Cd)、銅(Cu)、汞(Hg)和砷(As)中的兩種或更多種的 兩種或更多種金屬離子的存在。
6.如權利要求1所述的方法，其中施加電壓包括向包括鉍、金、碳和汞中的至少一個的 感測電極施加電壓。
7.如權利要求6所述的方法，其中施加電壓包括在包括篩網印刷電極的感測電極上施 加電壓。
8.如權利要求1所述的方法，其中測量電流信號包括測量伏安信號。
9.如權利要求8所述的方法，其中測量伏安信號包括使用溶出伏安計測量伏安信號。
10.如權利要求9所述的方法，其中使用溶出伏安計測量伏安信號包括使用一次性溶 出伏安計測量伏安信號。
11.如權利要求1所述的方法，進一步包括在使樣品液體流經容器之前利用緩沖劑預 處理樣品液體。
12.—種系統，包括檢測設備，包括容器，至少部分地將樣品液體容納在該容器中，該樣品液體包括一種或多種金屬絡合 物；以及導電部件，至少部分地浸沒在該樣品液體之中，其中該容器、該溶液和該導電部件被配 置為測量與每種金屬絡合物對應的伏安信號，而且其中該導電部件包括串聯電連接的兩個或更多個感測電極，以及參考電極，耦接到所述串聯連接的感測電極并且在所述感測電極之間共享；以及數據處理設備，被配置為基于測量的伏安信號并行地識別與金屬絡合物關聯的兩種或 更多種金屬離子。
13.如權利要求12所述的系統，其中該導電部件包括鉍、金、碳或汞中的至少一個。
14.如權利要求12所述的系統，其中該導電部件包括篩網印刷電極。
15.如權利要求12所述的系統，其中該檢測設備被配置為溶出伏安計。
16.如權利要求15所述的系統，其中該溶出伏安計包括一次性溶出伏安計。
17.如權利要求12所述的系統，其中該檢測設備被配置為通過施加累積電勢繼而施加掃描電勢來測量伏安信號。
18.如權利要求12所述的系統，進一步包括連接到該容器的樣品入口和樣品出口，以 使得該樣品液體能夠流經該檢測設備。
19.如權利要求12所述的系統，其中將容器成形為形成使得樣品液體能夠流經該容器 并且流過該導電部件的流動通道；以及其中該數據處理設備被配置為在該樣品液體流過該導電部件的同時周期性地測量伏 安信號。
20.如權利要求12所述的系統，其中將該容器成形為形成使得該樣品液體能夠流經該 容器并且流過所述感測電極中的一個、并且使得另一種樣品液體能夠流經該容器并且流過 所述感測電極中的另一個的兩個或更多個通道；以及其中該數據處理設備被配置為在該樣品液體流過所述感測電極中的一個而且另一種 樣品液體流經另一個感測電極的同時周期性地測量伏安信號。
全文摘要
公開用于檢測樣品液體中的重金屬離子的痕量級別的技術和系統。將電壓施加于包括金屬絡合物的樣品液體。測量與金屬絡合物關聯的電流信號。處理測量的電流信號以同時檢測與金屬絡合物關聯的兩種或更多種金屬離子的存在。
文檔編號G01N27/26GK102037350SQ200880129263
公開日2011年4月27日 申請日期2008年4月4日 優先權日2008年4月4日
發明者塞萊恩·格里帕, 帕斯卡爾·拉賈戈帕蘭, 斯蒂芬·馬比克, 約瑟夫·王, 阿里斯托特里斯·迪米特拉科波洛斯 申請人:代表亞利桑那大學的亞利桑那校董會, 美麗波公司