使用一次性传感器的便携式铅离子浓度分析仪

摘要

本发明涉及一种使用一次性传感器的便携式铅离子浓度分析仪，用于血液或尿液中的铅离子含量检测，其包括检测仪器、一次性传感器和校正卡。所述检测仪器具有传感器接口、校正卡接口、连接计算机的通讯串口、显示屏和按钮；所述一次性传感器包括基片、位于基片上的工作电极、辅助电极及参比电极、位于电极上的绝缘层以及位于绝缘层上的覆盖树脂；所述校正卡用于校正检测仪器所检测到的参数。本发明的优点是：可自动完成整个检测所需要的参数设置、富集、溶出、数据采集、背景扣除、特征电位判断、浓度计算、传感器校正、结果显示等过程，避免了传统电化学方法检测过程中人为因素的误差，仪器结构简洁，外形小巧，成本低廉，适于基层医疗机构使用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用一次性传感器的便携式铅离子浓度分析仪，用于血液或尿液中的铅离子含量检测。

背景技术

铅是一种对人体具有神经毒性的重金属元素，而儿童的神经系统正处于快速的发育完善过程，这个时期神经系统对外界毒性物质的抵抗能力最为脆弱。国内外的研究都已经发现，在环境铅污染越严重的地方，儿童智力低下的发病率越高。儿童的血铅水平每上升10g/dl，其智商(IQ)要下降6～8分。首都儿科研究所戴耀华研究员等研究表明，中国城市儿童铅中毒率为10.45％，血铅水平总体均值为59.52μg/L，血铅水平≥100μg/L者占10.45％，血铅水平≥200μg/L者仅为0.62％，较既往流行病学研究结果已有所下降，但仍高于发达国家儿童血铅水平。

对于血铅的检测目前国内常见的检测方法有原子吸收光谱法、化学比色法，阳极溶出法。原子吸收光谱检测的工作原理：通过电加热使钨舟内的被测样品原子化，产生大量基态自由原子，从而吸收由空心阴极灯发射出的被测元素的特征谱线，完成测量过程。本方法需要大型的原子吸收光谱仪以及专用的气体，是专业实验室中常用的检测方法。该方法仪器价格昂贵，不适用于户外的现场检测。化学比色法是使用二硫腙与样品中的铅反应，并用氯仿萃取所形成的络合物并进行比色检测，本方法的缺点是干扰因素多，人为误差比较大。阳极溶出法由于方法简单，灵敏度高近年来发展快速，市场上溶出类的血铅检测仪器很多。由于采用滴汞工作台或静汞工作台搭配溶出伏安仪作为检测平台，样品需要消化处理，仪器的维护校正等方面也比较复杂。

由于血铅检测需求的普遍性决定了基层社区卫生服务中心是合适开展此项检测的机构，现实情况是由于基层社区卫生服务中心的配备溶出仪及原子吸收光谱仪的价格壁垒以及化学比色方法操作上的复杂程度造成目前在基层社区卫生服务中心的血铅检测普及情况很低。因此需要一种操作方法简单，成本低、快速、便于携带的血铅检测仪器。

发明内容

本发明的目的是为基层医院机构或户外全血、血清或尿液中的铅离子检测提供一种快速、单人份操作、便于携带、低成本及操作简单的使用一次性传感器的便携式铅离子浓度分析仪。

按照本发明提供的技术方案，使用一次性传感器的便携式铅离子浓度分析仪，包括检测仪器、一次性传感器和校正卡，其特征是：所述检测仪器用于进行检测所需要的参数设置、富集、溶出、数据采集、背景扣除、特征电位判断、浓度计算、传感器校正及结果显示；所述检测仪器具有连接一次性传感器的传感器接口、连接校正卡的校正卡接口、连接计算机的通讯串口、显示屏和按钮；所述一次性传感器包括基片、位于基片上的工作电极、辅助电极及参比电极、位于电极上的绝缘层以及位于绝缘层上的覆盖树脂；所述校正卡与一次性传感器和特定的样品处理液配套使用，用于校正检测仪器所检测到的参数。

所述一次性传感器的工作电极和辅助电极为碳电极，所述参比电极为Ag/AgCl电极，所述基片为PET材料的方形薄片；所述三个电极的形状均为长条形。(Ag/AgCl是指银或氯化银)。

所述绝缘层覆盖所述电极并留出电极的露出面积。

所述覆盖树脂覆盖绝缘层并形成检测孔，所述检测孔为椭圆形腔体，用于盛放检测时所滴加的待检测样品。

所述校正卡为一个跳线式插片，内置5组跳线，用于产生16种不同校正参数，以校正与该校正卡配套的一次性传感器及样品处理液的检测参数。

所述检测仪器的工作由位于其内部的单片机控制。

所述Ag/AgCl电极的末端分为两个分支，当其插入所述传感器接口时，所述检测仪器检测是否已插入电极。

本发明的优点是：采用单片机控制下自动完成整个检测所需要的参数设置、富集、溶出、数据采集、背景扣除、特征电位判断、浓度计算、传感器校正、结果显示等过程，避免了传统电化学方法检测过程中人为因素的误差，仪器结构简洁，外形小巧，成本低廉，适于基层医疗机构使用。

附图说明

图1本发明结构图。

图2是检测仪器模拟电路示意图

图3是一次性传感器的结构图。

图4是校正卡外形图。

图5是电极预氧化电位时序图。

图6是一次性传感器搭配电化学分析仪使用结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供一个对全血、血清、尿液或水样中铅离子浓度检测所包含的，从标本处理、传感器校正等全部过程的全自动解决方案。本发明涉及的技术包括电位溶出技术、一次性铅传感器技术、内标定量技术。

本发明的检测仪器采用全自动微分电位溶出分析法，检测仪器结构上采用单片机控制下自动完成整个检测所需要的参数设置、富集、溶出、数据采集、背景扣除、特征电位判断、浓度计算、传感器校正、结果显示等过程，避免了传统电化学方法检测过程中人为因素的误差。

如图1所示，本发明包括检测仪器12、一次性传感器10和校正卡13，所述检测仪器12具有连接一次性传感器的传感器接口14、连接校正卡的校正卡接口17、连接计算机的通讯串口16、显示屏15和按钮18。

所述一次性传感器10为一次性可抛弃式印刷传感器，其为三电极系统，包括两个碳电极及一个Ag/AgCl电极，采用了丝网印刷技术(或厚膜印刷技术)及碳电极的预氧化技术，一次性传感器10的应用使得铅离子浓度的检测可脱离传统溶出分析仪所必须的滴汞或静汞工作台，使得仪器的可便携性大大增强，可在户外进行现场检测，并实现了血铅单个标本快速检测，避免了传统溶出分析中单个标本检测不经济的问题，使得检测时机的灵活性大大增加，出具检测报告的时效大大提高。

所述一次性传感器10包括基片、位于基片上的工作电极、辅助电极及参比电极、位于电极上的绝缘层以及位于绝缘层上的覆盖树脂。工作电极和辅助电极为碳电极，参比电极为Ag/AgCl电极，所述基片为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)材料的方形薄片；所述三个电极的形状均为长条形。

如图3所示，9为两支碳电极，8为Ag/AgCl电极，丝网印刷(或厚膜印刷)而成，6为树脂层，7为绝缘层。Ag/AgCl电极8插入传感器接口的部分分为两路分支，用于检测仪器检测是否已插入电极。绝缘油用于固定电极露出面积，树脂用于形成检测孔，各个电极的面积会影响检测的精度与不同传感器间的一致性。采用惰性树脂材料进行覆盖并形成检测所需要的椭圆形腔体，此腔体是为了盛放检测时所滴加的待检测标本。

所述一次性传感器10采用丝网印刷技术(或厚膜印刷技术)制作而成，首先使用CAD等高精度的制图工具制作出所需要的电极形状以及覆盖层的形状，制作好菲林(底片)后在200～400目的丝网版上进行晒版，形成漏印所需要的网版，依次在PET基片上印刷碳电极、Ag/AgCl电极、绝缘层、覆盖树脂。

所述一次性传感器10还采用了预氧化技术，使其搭配电化学仪器使用时可以不使用预镀汞膜或同位镀汞技术，这样无需在样品处理液中加入汞离子，有效减少汞对环境的污染。预氧化技术就是对碳工作电极施加一个极高电压，使电极表面的碳氧官能基团(＝C—O)增加，增加重金属在电极表面的富集能力，将本传感器接入电化学工作台，置于0.1M H₂SO₄中，设置工作电极的电位为2.2V，持续10～20秒，再从-1V～1V进行循环扫描15～50次即可得到预氧化的工作电极。电极预氧化电位时序图如图5所示。

本发明的一次性传感器10可搭配于任何一种电位溶出仪或伏安法电化学仪器上使用，使用中不需要使用汞或铋，而得到相同的灵敏度。我们对十个一次性传感器10进行测试：在0.1M HCl介质中使用示差脉冲测试0～1000PPb铅离子(分十种浓度)，方波高度25MV，阶梯电位10MV，频率15HZ，富集电位是-1.1V，富集时间120s，使用后抛弃，各浓度都使用新的一次性传感器10，结果如图6所示为一次性传感器10搭配电化学分析仪(示差脉冲)使用结果图。其中，横坐标是电压，纵坐标是电流。

本发明采用样品处理液对标本进行处理，提供检测所需的PH值、离子强度、内标物质。内标物质的加入抛弃了传统溶出分析的标准加入法，实现了在一次富集、溶出过程中直接利用内标物质的参照从而计算出血铅的浓度。内标物质的引入是实现一次性传感器10在铅离子浓度检测中应用的关键，传统上采用加标作图法(简称加标法)或标准曲线比较法对于一次性传感器10的应用是不合适的，因为一次性传感器10多由丝网印刷或厚膜印刷技术生成，工作电极的表面情况复杂，离子的富集与溶出的情况相对也比较复杂，加标法中无法保证每次加标后的富集、溶出情况一致而导致检测结果的不准确。样品处理液一种方案是：0.1～1M HNO₃，0.2M KCl为底液，内标物质选择人体中没有的铊离子，终浓度为100μg/l。

如图4所示，所述校正卡为一个跳线式插片，内置5组跳线，可用来产生16种不同校正参数，用于校正每一批传感器及样品处理液的检测参数，保证检测结果的一致性。1脚接单片机高电平，2到5脚分别接单片机的数据引脚，所述数据引脚接通高电平为“1”，断开为“0”，共16种状态。

如图1所示，使用时，

1、将待检测的标本加入到样品处理管中混匀。

2、打开检测仪器，插入与一次性传感器10批号相同的校正卡和一次性传感器10。

3、样品处理管中的液体滴一滴试样到传感器检测孔。

4、按“开始”按钮进行检测。

5、结果显示。

如图2所示为检测仪器的部分检测电路，包括恒电位控制器U5-A、防自激电容C7、阻抗变换器U8、可选电流放大器U5-B、电阻R14。通过开关S1、S2、S3、S4及跳线连接点1、2、3控制电路结构。节点C连接一次性传感器10的辅助电极，节点W连接一次性传感器10的工作电极，节点R连接一次性传感器10的参比电极。

待机状态时：开关S1、S4关闭，保护阻抗变换器U8、恒电位控制器U5-A、可选电流放大器U5-B。

富集状态时：开关S1、S4打开，开关S2、S3关闭；由D/A(数模转换器)给出富集电位，由单片机控制延时。

溶出状态时：开关S1关闭，开关S2、S3、S4打开，D/A中止输出，电阻R14端电位由阻抗变换器U8阻抗变换后送A/D(模数转换器)进行采集，完成后数据由单片机进行分析，结果送显示屏显示。