智能手机集成纸基分析装置的开发及其在现场水质比色检测中的应用

本研究创新性地开发了一种集成定制智能手机应用的纸基分析装置（PAD），用于快速、同步检测水中总硬度、氯化物（Cl?）、硝酸盐（NO3?）、亚硝酸盐（NO2?）和氟化物（F?）五项关键参数。该平台结合低成本纸基微流体技术与手机图像分析算法，实现了2分钟内完成多参数定量检测，为资源有限地区的水质监测（包括饮用水、自来水和地表水）提供了便携高效的解决方案，直接支持联合国可持续发展目标（SDGs）中清洁饮水的实现。

　　

亮点

化学品与设备

实验所用碳酸钠、氯化钠、硝酸钠、亚硝酸钠、氟化钠、铬酸钾及磺胺等试剂购自Univar公司（新西兰奥克兰）。铬黑T与硝酸银购自RCI Labscan（泰国曼谷）。锌粉购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州）。N-(1-萘基)-乙二胺购自PanReac AppliChem（西班牙巴塞罗那）。硝酸镧购自Loba Chemie Pvt Ltd（印度孟买）。实验使用Whatman No.1色谱纸制作纸基装置，并采用标准打孔切割工艺构建花瓣状微流控结构。所有溶液均用超纯水（18.2 MΩ·cm电阻率）配制。

硬度检测

在硬度检测中，我们采用铬黑T（Eriochrome Black T）作为显色试剂。测试浓度范围从0.020% w/v到0.040% w/v。随着浓度升高，颜色强度逐渐增加并在0.030% w/v达到峰值，此后趋于稳定。最终选择0.030% w/v作为最优条件，因其在产生最高显色强度的同时避免了试剂过量使用——过量可能导致稳定性下降和背景干扰增强。

结论

本研究成功开发了一种集成智能手机应用的花瓣状纸基分析装置（PAD），用于同步现场测定水中的总硬度、氯化物（Cl^?）、硝酸盐（NO₃^?）、亚硝酸盐（NO₂^?）和氟化物（F^?）。通过优化比色反应与RGB图像分析技术，该装置兼具视觉判读和定量检测能力，展现出高灵敏度、精密度和选择性，且检测限极低、分析时间短（2分钟内完成五参数同步检测）、抗干扰性强，完全满足实地水质筛查需求。