用于现场连续检测羟基自由基的便携式化学发光装置

技术领域

本发明属于羟基自由基检测技术领域，尤其涉及用于现场连续检测羟基自由基的便携式化学发光装置。

背景技术

羟基自由基(·OH)是一种高活性的物种，普遍存在于各种类型的环境中发挥着重要作用。在大气中，·OH控制着自然大气的氧化能力，是大气清洁的主要驱动力之一，能够降解有害的有机污染物和温室气体。同时，·OH可以与大气中的其他物质反应，产生一系列有害的化合物，导致光化学烟雾、臭氧污染和雾霾等环境问题的发生，并且过多的·OH可以导致生物体细胞产生氧化应激，从而影响人体健康。在天然水体中，·OH可以分解大部分污染物如有机化合物、无机化合物和细菌等。然而，当水中存在过多的·OH时，它们也可能破坏水体中的有机物和微生物，从而导致水体污染和生态失衡。在土壤中，·OH能够参与有机物的降解和转化，但当土壤中存在过多的·OH时，它们也可能破坏土壤环境，导致土壤质量下降和生态系统崩溃。综上所述，·OH可以在环境中发挥重要的清除和分解作用，但也可能产生氧化应激危害人体健康。因此，采取可靠的分析方法对自然环境中·OH进行监测对于了解大气、水体和土壤的环境质量、化学反应机理及环境治理具有重要的研究意义。

然而，由于·OH的活性高、寿命短以及浓度低等特性，给·OH的检测带来了巨大挑战。尽管已经开发了很多·OH检测方法，例如电子自旋共振法、荧光法、色谱法等，但是这些方法都有其局限性。例如，这些方法通常需要复杂的捕获和分离过程和特定的实验条件，往往需要繁琐的步骤和复杂的仪器，从采样到检测的时间较长并不能反映·OH在天然环境中的真实生成情况。

化学发光技术是一种非常灵敏、快速、简便的分析技术，可以用于各种分析检测领域。化学发光是由化学反应产生的，通常是氧化反应，产生激发态的产物通过发射光子回到基态并伴随着化学发光的产生，只要当两种试剂混合发生氧化还原化学反应时，化学发光就会立即释放出来。因此，化学发光检测具有迅速响应的优势，非常适合活性氧这类短寿命的化学活性物种的检测。在现有技术中，已经有一些基于化学发光技术检测·OH的装置被开发出来。但是，这些装置大多数都不具备便携性，需要在实验室内使用，并且样品处理和操作比较繁琐，不能满足实时检测的需求。基于此，目前亟需一种便携式、操作简单、实时性好、特异性强的·OH检测装置，以实现·OH的现场连续检测的需求。

发明内容

本申请实施例的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种用于现场连续检测羟基自由基的便携式化学发光装置，以实现对多种环境介质中·OH的现场连续检测。这种装置具有便携性和高灵敏度可以有效地检测·OH的浓度，为环境监测和研究提供了一种方便、快速、准确、可靠的方法。此外，由于装置具有多种环境适应性，可以广泛应用于空气、水体和土壤等多个环境场景，帮助人们更好地了解环境质量，为环境保护和治理提供技术支持，具有很强的实用性和推广价值。

本申请实施例提供一种用于现场连续检测羟基自由基的便携式化学发光装置，包括蠕动泵、混合池、检测池、光电倍增管、光子计数器、终端以及用于封装的仪器外壳；所述终端设置在所述仪器外壳之外，其余元件均设置在所述仪器外壳内，所述仪器外壳上设置有用于分别输入两种氧化剂的两个氧化剂入口和用于输入待测样品的样品入口，所述蠕动泵驱动待测样品和氧化剂输送到混合池，所述混合池将所述待测样品和两种氧化剂混合并输入检测池，所述检测池中发生化学发光，所述光电倍增管将所述检测池中产生的光信号转换成电信号，经过光子计数器将信号传输到终端，从而使得所述终端显示羟基自由基的检测结果。

进一步地，还包括便携式移动电源，所述便携式移动电源用于为所述蠕动泵、光电倍增管、光子计数器和终端供电。

进一步地，所述便携式移动电源的输出端设置有电源功率控制器，以进行输出功率的控制。

进一步地，所述待测样品和两种氧化剂通过蠕动泵进入所述混合池。

进一步地，所述两种氧化剂分别为H

进一步地，所述检测池为螺旋状并设有废液出口。

本申请还提供一种上述装置在现场连续检测环境中·OH中的应用。

进一步地，若检测空气中·OH，则通过大气采样器将空气通入预定浓度的·OH捕获剂溶液中，得到待测样品。

进一步地，若检测水或土壤中·OH，则通过将预定浓度·OH捕获剂加入到水或土壤样品中，经过滤后得到待测样品。

进一步地，所述·OH捕获剂为邻苯二甲酰肼(Phth)。

本发明便携式化学发光检测装置能够测定空气，水体和土壤多种环境介质中产生的·OH，可以实现对·OH生成行为的测定，通过发光信号变化的动力学信息，研究在环境中·OH的生成规律，实现环境条件对·OH产生影响的快速评价。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

该装置通过仪器外壳对装置中的光电倍增管、光子计数器和小型蠕动泵等元件进行封装，实现装置的一体化，大大减少了仪器的体积和重量，实现了天然环境中·OH检测仪器的便携化，通过仪器外壳上的两个氧化剂入口和样品入口将外部的待测样品和氧化剂输入装置内，通过邻苯二甲酰肼与·OH的特异性反应形成具有强化学发光性质的5-羟基邻苯二甲酰肼(5-OH-Phth)，实现了对野外环境中·OH的高灵敏度、高特异性的现场连续检测，通过对·OH原位捕获和现场测定，解决了·OH现场检测难的问题。在该装置的应用中，可以通过大气采样器和样品过滤装置的耦合使装置具有多种环境适应性，可应用于大气、水体和土壤等多个环境场景中·OH的现场连续检测，实现对·OH生成行为的测定，通过发光信号变化的动力学信息，研究在环境中·OH的生成规律，实现环境条件对·OH产生影响的快速评价。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的用于现场连续检测羟基自由基的便携式化学发光装置的结构示意图，其中(a)为装置的外部图；(b)为装置的内部图。

图2是根据一示例性实施例示出的用于现场连续检测羟基自由基的便携式化学发光装置的原理示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的利用本申请用于现场连续检测羟基自由基的便携式化学发光装置进行检测的检测结果示意图，其中(a)为空气中·OH在24小时内的浓度变化；(b)为湖水中·OH在24小时内的浓度变化；(c)为土壤中·OH在24小时内的浓度变化。

其中：1、终端；2、仪器外壳；3、光电倍增管；4、光子计数器；5、蠕动泵；6、电源功率控制器；7、便携式移动电源；8、废液出口；9、氧化剂入口；10、样品入口。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

图1是根据一示例性实施例示出的用于现场连续检测羟基自由基的便携式化学发光装置的实物图，如图1中的(a)及图1中的(b)所示，该装置可以包括混合池、检测池、光电倍增管3、光子计数器4、终端1以及用于封装的仪器外壳2；所述终端1设置在所述仪器外壳2之外，其余元件均设置在所述仪器外壳2内，所述仪器外壳2上设置有用于分别输入两种氧化剂的两个氧化剂入口9和用于输入待测样品的样品入口10，所述混合池将所述待测样品和两种氧化剂混合并输入检测池，所述检测池中发生化学发光，所述光电倍增管3将所述检测池中产生的光信号转换成电信号，经过光子计数器4将信号传输到终端1，从而使得所述终端1显示羟基自由基的检测结果。

在一实施例中所述仪器外壳2的材料选用铝合金，为在野外现场作业增加了仪器的强度。

具体地，所述待测样品和两种氧化剂通过蠕动泵5进入所述混合池，三者在其中均匀混合。在一实施例中，所述两种氧化剂分别为H

具体地，所述检测池为螺旋状并设有废液出口8，待测样品和两种氧化剂通过蠕动泵5进入所述混合池后随即流入螺旋检测池中，化学发光立即产生并被光电倍增管3捕获，废液从所述废液出口8流出检测池，实现连续流动分析。

具体地，该装置还可以包括便携式移动电源7，所述便携式移动电源7用于为所述光电倍增管3、光子计数器4、蠕动泵5和终端1供电，所述便携式移动电源7的输出端可以设置有电源功率控制器6，以进行输出功率的控制，以实现光电倍增管3和光子计数器4的稳定运行。

在一实施例中，考虑到装置的便携性，选择平板电脑作为终端1。

图2是根据一示例性实施例示出的用于现场连续检测羟基自由基的便携式化学发光装置的原理示意图，如图2所示，本装置的操作方法及原理具体如下：首先，将一定浓度的邻苯二甲酰肼加入待测样品中，原位捕获样品产生的·OH，产生稳定的具有强化学发光特性的5-羟基邻苯二甲酰肼，通过蠕动泵5输送至混合池中，同时两种氧化剂H

本申请还提供上述装置在现场连续检测空气，水体和土壤多种环境中·OH中的应用。

具体地，若检测空气中·OH，则通过恒流大气采样器将空气通入一定浓度的·OH捕获剂溶液中，得到待测样品；若检测水或土壤中·OH，则通过将一定浓度·OH捕获剂加入到水或土壤样品中，经过滤后得到待测样品。本申请中所述·OH捕获剂为邻苯二甲酰肼(Phth)，可以原位捕获·OH转化为稳定的化学发光产物。在本检测体系中捕获剂需要过量，为此申请人已进行不同浓度的捕获剂尝试，在50μM时可以达到最佳的化学发光信号，因此后续实施例均以50μM的Phth进行。

在一实施例中，不同浓度的捕获剂被尝试，在50μM时可以达到最佳的化学发光信号。因此，使用50μM的Phth作为气相·OH的捕获剂，使用恒流大气采样器在24h内不同时间点进行采集1.0h后进行化学发光检测。如图3中的(a)所示，空气中·OH在0-7点间浓度很低，8点后开始增加到14点达到峰值，随后开始下降，17点逐渐上升后下降，至午夜降至最低点浓度。

在一实施例中进行地表水中·OH的检测，在湖中固定位置每隔1.0h取5.0mL湖水加入50μM的Phth固定在取样地点保证反应条件相同反应2.0min后进行化学发光检测。如图3中的(b)所示，湖水中·OH在0-6点间几乎不产生·OH，6点后开始增加到12点达到峰值，随后开始下降，至下午19点后几乎不再产生。值得注意的是，湖水中24小时内·OH的变化情况与改地点对应的太阳光强度变化规律一致。这符合地表水光化学产·OH的规律。

在另一实施例中进行土壤中·OH的检测，在海滨固定位置每隔1.0h取2.0mL土壤加入50μM的Phth，固定在取样地点保证反应条件相同，反应2.0min后过滤，将滤液稀释2.0倍，随后进行化学发光检测。如图3中的(c)所示，土壤中的·OH在退潮后浓度较高，并随着时间的延长有下降的趋势，在涨潮后由于没有氧气接触几乎不产生·OH，当潮水再次退去，·OH浓度立刻上升至最高，接下来缓慢降低。以上结果符合滨海潮汐介导活性氧生成规律。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。