近年来,随着微电子和光学技术迅速发展,集成高分辨率摄像头,高速处理器和多功能传感器模块的智能手机具备高清的图像采集和高速的数据分析处理能力,基于智能手机的分析检测技术的便携式分析设备,有助于实现快速准确现场检测的目标。本论文开展了基于智能手机的比色检测装置改进与应用,提高了便携式比色分析装置的灵敏度和稳定性。主要研究内容如下:1.比率荧光法的便携式长光程吸光度测定装置与分析方法游离氯在工业上被广泛用作漂白剂和氧化剂,但须对其浓度进行严格监控,以避免环境污染和对人体健康的损害。为便于现场检测游离氯,需要灵敏度高的便携式设备。在此,我们报道了一种基于智能手机的便携式比色分析装置,具有较高的灵敏度和可靠性。游离氯与3,3,5,5-四甲基联苯胺溶液(pH=1.8)反应显色后,所得溶液加入到吸收光程为10 cm的比色皿中,利用蛋氨酸稳定的金纳米簇(Met-Au NCss)溶液的比率荧光信号,测定溶液的吸光度。其测定原理为以450 nm的激光束为光源,它首先穿过盛有Met-Au NCss溶液的荧光比色皿,所激发的Met-Au NCss的荧光强度,与激发光的强度成正比,随后该激光束穿过吸收比色皿,并被安放在吸收比色皿末端的三角镜反射回荧光比色皿,在不同位置激发出Met-Au NCss的荧光,其荧光强度与透射光的强度成正比。利用智能手机中的相机拍摄在参考区域和测量区域中的Met-Au NCs溶液的荧光图像,根据其强度比求得吸光池入射与透射光强比,进而计算吸光度。该利用比率荧光策略的吸光度测定方法,吸光度信号稳定,不受光源强度,荧光剂浓度、相机曝光参数的变化的影响。使用搭建的便携式装置所测量的吸光度,在0-1范围内遵循Lambert-Beer律。采用三角发射镜可使吸收光程加倍,并减小参考和测量荧光区域之间的距离。该长吸收光程比色装置的灵敏度比使用1厘米比色皿的分光光度计的灵敏度高一个数量级,具有便携性、灵敏度和可靠性的优点,可用于游离氯的现场分析。2.双波长法矫正便携式高通量比色池阵列的像差对吸光度测定的影响在本章的研究工作中,我们研发了一种基于智能手机的便携式高通量光度检测装置。当样品池为一组微型池构成的阵列时,因为各个小池相对于拍摄镜头的角度不尽相同,这样将造成不可忽略的测量误差。为解决这一问题,一方面通过在智能手机的照相机镜头前加装广角镜进行视野拓展外,利用双波长测定法,进一步消除采光角度和拍摄面积不均匀问题,提高了吸光度测定值的精密度和准确度。用黑色微孔板为双波长比色检测平台的每个通道实现均匀和隔离的照明分布,以避免光源串扰。所设计的高通量智能手机双波长比色光学平台可以实现检测40个样品的同时吸光度测量,以满足高通量筛选的需要。以溶解氧的测定为例,分别用碘量法、碘化钾-淀粉法和Mn(III)-EDTA显色,测试了该方法在不同波长区的可行性。3.内标法矫正光源强度衰减对便携式吸光度测定装置的影响可见比色法是一种经济有效的现场分析方法。为了减少肉眼测色阶的误差并提高灵敏度,我们设计了一款基于智能手机的长光程和自聚焦的便携式比色装置。其关键之处是以空管的亮度或低吸收波长处的强度作为内参照,校正光源强度衰减引起的基线漂移。其中具有自聚焦能力的流通式圆底比色管有助于简化便携式比色装置的设计和制备。该装置测量的吸光度在0~1范围内符合朗伯-比尔定律。用N,N-二乙基对苯二胺作比色剂用于水样中游离氯的测定,线性范围为0.8-14μM,检出限为0.23μM。这种简单的比色装置具有灵敏度高、成本低,易于操作的优点,可满足现场分析的便携和可靠性要求。