本文關(guān)鍵詞：用于水環(huán)境重金屬檢測(cè)的微納傳感器及系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 微電極陣列 微納傳感器 光尋址電位傳感器 絲網(wǎng)印刷電極 納米金修飾 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò) 重金屬檢測(cè) 水環(huán)境

【摘要】：隨著我國(guó)城市化與工業(yè)化的發(fā)展,由于重金屬具有不易代謝、生物富集作用及高毒性的特點(diǎn),水環(huán)境重金屬的污染問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注。而如何準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)水環(huán)境中的重金屬是亟待解決的問(wèn)題。此外,在大范圍水域如海洋、湖泊的在線重金屬監(jiān)測(cè),對(duì)于維護(hù)生態(tài)環(huán)境與人類健康亦具有重要意義。本論文的研究主要使用陽(yáng)極溶出伏安法,結(jié)合微納傳感器陣列,實(shí)現(xiàn)水環(huán)境的重金屬檢測(cè)。結(jié)合傳感器微型化、集成化、納米材料修飾及絲網(wǎng)印刷技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,首先設(shè)計(jì)了微電極陣列并結(jié)合不同的算法用于重金屬離子的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。之后集成光尋址電位傳感器、微納電極陣列與對(duì)電極,形成多傳感器陣列,并對(duì)其特性進(jìn)行了深入的研究,引入多元線性回歸算法進(jìn)行定量分析。另一方面,采用納米金顆粒對(duì)絲網(wǎng)印刷金電極進(jìn)行表面修飾,并研究了其電化學(xué)特性,基于該電極開發(fā)了便攜式的重金屬分析儀,可用于快速、便捷的重金屬現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)�；诙鄠鞲衅麝嚵械膹�(fù)合傳感器,設(shè)計(jì)了用于太湖水域重金屬監(jiān)測(cè)的無(wú)線浮標(biāo)傳感系統(tǒng),并驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性。研究工作受國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目和國(guó)際合作專項(xiàng)的支持。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：1.提出偏最小二乘法與局部最優(yōu)值法相結(jié)合的算法,解決了微電極陣列用于不同樣品中鎘與鉛定量分析的問(wèn)題�；谖⒓庸すに囋O(shè)計(jì)了不同尺寸的金微電極陣列,確定了電極的工作電位窗為-0.6V至0.9V,并研究了不同間距對(duì)傳感器電化學(xué)特性的影響。當(dāng)電極間距為5倍電極直徑時(shí),電極陣列在不同掃描速率下表現(xiàn)出不同程度的線性擴(kuò)散；而當(dāng)間距為10倍直徑時(shí),電極表現(xiàn)出整體的非線性擴(kuò)散。在Cd2+與Pb2+的定量分析中,對(duì)于背景單一的樣品引入偏最小二乘法建立回歸模型,僅需單次檢測(cè)即可完成定量分析,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。而當(dāng)樣品背景復(fù)雜、基線漂移時(shí),偏最小二乘法預(yù)測(cè)結(jié)果不理想,提出局部最優(yōu)值法,并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)加入法進(jìn)行定量計(jì)算,具有抗背景干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn),但操作較復(fù)雜、成本較高。結(jié)合兩種應(yīng)用于不同樣品環(huán)境的算法,可實(shí)現(xiàn)Cd2+與Pb2+快速、準(zhǔn)確的定量分析。2.原創(chuàng)性地研制了具有校準(zhǔn)功能的多參數(shù)檢測(cè)的LAPS與MEA的復(fù)合傳感器陣列,有效地解決了傳感器在重金屬檢測(cè)中的pH干擾問(wèn)題。針對(duì)溶液pH對(duì)電化學(xué)分析具有顯著影響的問(wèn).題,分別設(shè)計(jì)了基于MEA-LAPS與NEA-LAPS的復(fù)合傳感器。其中,MEA-LAPS復(fù)合傳感器采用PDMS或有機(jī)玻璃腔封裝,便于與微流控技術(shù)結(jié)合；NEA-LAPS采用筆插式結(jié)構(gòu),便于實(shí)現(xiàn)電極更換或更新。分別對(duì)MEA-LAPS與NEA-LAPS復(fù)合傳感器進(jìn)行電化學(xué)特性表征,研究其靈敏度、線性度與重復(fù)性。針對(duì)MEA-LAPS的特性,引入LAPS的pH檢測(cè)值建立多元線性回歸模型,對(duì)MEA的重金屬檢測(cè)進(jìn)行校準(zhǔn)。多元線性回歸模型的引入,提高了在不同pH環(huán)境下重金屬分析的準(zhǔn)確度,并提高傳感器的抗pH干擾能力。3.研制了納米金修飾的絲網(wǎng)印刷電極與便攜式重金屬分析儀,實(shí)現(xiàn)了便捷的重金屬現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。使用一種參比電極、對(duì)電極與金工作電極三電極集成的絲網(wǎng)印刷電極,用于同時(shí)檢測(cè)Pb2+與Cu2+。研究了電極活化及納米金顆粒修飾對(duì)電極特性的影響,兩者均可顯著提高傳感器的電流響應(yīng)。對(duì)富集電位與富集時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化,并對(duì)傳感器的靈敏度、線性度、重復(fù)性及一致性進(jìn)行了研究,對(duì)比了集成偽參比電極、對(duì)電極與商用電極的特性差異。基于該傳感器,設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee無(wú)線通信的便攜式重金屬分析儀,具有體積小、便攜、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn),初步的對(duì)比結(jié)果證明儀器具有良好的可靠性,可用于現(xiàn)場(chǎng)、快速的重金屬檢測(cè)。4.設(shè)計(jì)了可用于太湖重金屬監(jiān)測(cè)的無(wú)線浮標(biāo)傳感系統(tǒng),解決了大范圍水域重金屬實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的問(wèn)題�；跓o(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù),設(shè)計(jì)了基于Wi-Fi無(wú)線通信的無(wú)線浮標(biāo)傳感系統(tǒng),用于太湖現(xiàn)場(chǎng)的重金屬監(jiān)測(cè)。該傳感系統(tǒng)由傳感器節(jié)點(diǎn)、無(wú)線路由及控制中心三部分組成,通過(guò)Wi-Fi構(gòu)建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)合MEA-LAPS復(fù)合傳感器,搭載于浮標(biāo)上,實(shí)現(xiàn)在線、實(shí)時(shí)的pH與重金屬檢測(cè)�？刂浦行幕跓o(wú)線通信的計(jì)算機(jī),通過(guò)控制軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的管理與控制。對(duì)無(wú)線浮標(biāo)傳感系統(tǒng)進(jìn)行了太湖現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,證明其具有良好的可靠性和準(zhǔn)確性。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O657.1;TP212

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 姚振興;辛?xí)詵|;司維;趙杰;陳國(guó)棟;趙偉;楊健;杜斌;;重金屬檢測(cè)方法的研究進(jìn)展[J];分析測(cè)試技術(shù)與儀器;2011年01期

2 馬勇;;藥物中重金屬檢測(cè)方法[J];黑龍江科技信息;2011年31期

3 謝翡;李蕊;;重金屬檢測(cè)方法探討[J];科技信息;2011年26期

4 鄧斯予;;關(guān)于重金屬檢測(cè)方法的分析與探討[J];化工管理;2013年04期

5 許積斐;;重金屬檢測(cè)方法探討[J];科技與企業(yè);2013年14期

6 徐培培;王峰;陳名蔚;馬強(qiáng);曹海燕;;重金屬檢測(cè)方法的研究[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2013年20期

7 楊喜愛(ài);肖愛(ài)平;冷鵑;程毅;廖麗萍;聶晴嵐;;農(nóng)作物樣品重金屬檢測(cè)的試樣制備與質(zhì)量控制[J];中國(guó)麻業(yè)科學(xué);2012年05期

8 徐文瑤;;食品中重金屬檢測(cè)工藝介紹[J];輕工科技;2013年04期

9 袁莉;;重金屬檢測(cè)中安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估與控制[J];凈水技術(shù);2014年S1期

10 孫博思;趙麗嬌;任婷;鐘儒剛;;水環(huán)境中重金屬檢測(cè)方法研究進(jìn)展[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2012年07期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 盧淵;吳江來(lái);李穎;郭金家;程凱;楊江波;鄭榮兒;;基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的土壤泥漿重金屬檢測(cè)分析[A];第二屆重金屬污染監(jiān)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及修復(fù)技術(shù)高級(jí)研討會(huì)論文集[C];2008年

2 吳升海;;XRF在環(huán)境重金屬檢測(cè)的最新方法研究[A];科學(xué)儀器服務(wù)民生學(xué)術(shù)大會(huì)報(bào)告集[C];2011年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 劉國(guó)文;微波消解在重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用[N];中國(guó)包裝報(bào);2009年

2 黃喜祖　謝漢杰;1—9月東山輸臺(tái)水產(chǎn)品30.6萬(wàn)噸[N];中國(guó)食品安全報(bào);2011年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 趙會(huì)欣;光電復(fù)合微納傳感器芯片及其在水環(huán)境重金屬檢測(cè)中應(yīng)用的研究[D];浙江大學(xué);2013年

2 萬(wàn)浩;用于水環(huán)境重金屬檢測(cè)的微納傳感器及系統(tǒng)研究[D];浙江大學(xué);2015年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王偉;面向重金屬檢測(cè)的無(wú)線傳輸系統(tǒng)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 高小明;水環(huán)境重金屬檢測(cè)儀器的硬件設(shè)計(jì)[D];浙江大學(xué);2010年

3 李毅;微納集成傳感器及其在重金屬檢測(cè)中應(yīng)用的研究[D];浙江大學(xué);2010年

4 付靜;水環(huán)境重金屬檢測(cè)的電化學(xué)傳感器的研究[D];浙江大學(xué);2007年

5 徐銀榮;新穎螯合樹脂的合成及在重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用[D];浙江工商大學(xué);2008年

6 張雨澤;水環(huán)境重金屬檢測(cè)系統(tǒng)的研究[D];北京化工大學(xué);2013年

7 王旭;基于光尋址電位傳感器的水環(huán)境重金屬鉛離子無(wú)線檢測(cè)儀器設(shè)計(jì)[D];浙江大學(xué);2014年

8 夏向偉;電感耦合等離子體質(zhì)譜儀在煙用輔料重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用研究[D];湖南大學(xué);2012年

9 郭紅蓀;基于光電復(fù)合傳感器的重金屬檢測(cè)及無(wú)線通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];浙江大學(xué);2011年

10 范艷平;快速檢測(cè)水中六價(jià)鉻和鉛新方法研究[D];重慶大學(xué);2011年

，

本文編號(hào)：1272253