基于微流控芯片的水中重金属离子浓度检测装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于微流控芯片的水中重金属离子浓度检测装置与方法，封闭暗室的左外侧壁上装有储液模块，内部设置进样模块、反应模块、激光接收装置、激光发射装置，储液模块有五个存储瓶，进样模块有五个微型泵，反应模块包括一个过滤微流控芯片、一个反应微流控芯片、第六微型泵、第七微型泵及三个反应液存储瓶，反应微流控芯片的每个反应液出液口各连接一个反应液存储瓶，过滤微流控空芯片样品进液口与第一微型泵出口连通，过滤进液口与第六微型泵出口连通，过滤微流控空芯片过滤出液口与第六微型泵入口连通，过滤微流控芯片样品出液口与第七微型泵入口连通；本发明专利技术结合微流控芯片可以对水样中的重金属离子浓度进行现场快速测定。

Detection device and method of heavy metal ion concentration in water based on microfluidic chip

【技术实现步骤摘要】
基于微流控芯片的水中重金属离子浓度检测装置与方法
本专利技术涉及水中重金属的检测技术，具体是利用微流控芯片和分光光度法来检测水中铜、镍、铬三种重金属离子浓度的装置与方法。
技术介绍
随着工业进步和社会发展，水中重金属污染日趋加重，水体质量的检测尤为重要。水体的检测须具备准确、灵敏、高速、自动化等特点，传统大型的精密仪器在一些突发污染事故或在污染物浓度的变化幅度大、速度快的场所受到诸多限制，因此需要便携式仪器和快速、自动化的检测方法。微流控芯片技术能在几平方厘米的芯片上将样品制备、生物与化学反应、分离富集和分析检测等过程缩微到一起，微流控技术在生产现场、监测等领域成为主流的污染监测和生态分析工具。分光光度法是建立在分子吸收光谱基础上的分析方法，吸收峰值波长处的吸光度与被测物质的浓度之间符合朗伯-比尔定律，即在一定的实验条件下二者呈线性关系，这是定量分析的基础。目前，微流控芯片技术在水中重金属检测领域已经有了很多应用，例如中国专利申请号为201510321422.3、名称为“一种基于微流控芯片的便携式重金属高灵敏度检测装置”的文献中所公开的装置，其内部集成了微型光谱仪以及微流控芯片，能够对水中重金属离子进行定量检测，但该装置并不能对水样进行预处理，水样中的泥沙等大颗粒会对检测结果造成影响，且该装置中的芯片一次只能检测一种重金属离子，芯片集成度较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决现有技术中的缺陷，提供一种基于微流控芯片的水中重金属离子浓度自动化检测装置与方法，对水中的铜、镍、铬三种重金属离子浓度实现快捷、便携、灵敏度高的自动化定量检测。本专利技术基于微流控芯片的水中重金属离子浓度检测装置采用的技术方案为：具有一个封闭暗室，封闭暗室的左外侧壁上装有储液模块，封闭暗室内部设置进样模块、反应模块、激光接收装置、激光发射装置和载物台，所述的储液模块具有存储待测水样的水样存储瓶、存储检测试剂D的第一试剂存储瓶、存储检测试剂C的第二试剂存储瓶、存储检测试剂B的第三试剂存储瓶和存储检测试剂A的第四试剂存储瓶这五个存储瓶，试剂A与试剂B检测铜浓度，试剂C与氧化剂过硫酸铵检测镍浓度，试剂D与试剂E检测铬浓度；所述的进样模块具有第一微型泵、第二微型泵、第三微型泵、第四微型泵和第五微型泵这五个微型泵，所述的五个存储瓶与所述的五个微型泵上下一一对应布置且每个存储瓶的底部都连接其下方的一个微型泵的入口，所述的五个微型泵的出口连接反应模块；所述的反应模块包括一个过滤微流控芯片、一个反应微流控芯片、第六微型泵、第七微型泵以及三个反应液存储瓶；所述的反应微流控芯片上设置有一个样品进液口、四个试剂进液口、第一固体试剂存储槽、第二固体试剂存储槽以及三个反应液出液口；第一固体剂储存槽中装有检测试剂E，第二固体试剂储存槽中装有氧化剂过硫酸铵；反应微流控芯片的水样进液口与第七微型泵的出口相连通，反应微流控芯片的四个试剂进液口分别一一对应地与第二、第三、第四、第五微型泵的出口相连通，反应微流控芯片的每个反应液出液口各连接一个垂直的反应液存储瓶的上端，反应液存储瓶的侧面不透光；所述的过滤微流控芯片上设有一个样品进液口、一个过滤进液口、一个过滤出液口和一个样品出液口，过滤微流控空芯片的样品进液口与第一微型泵的出口连通，过滤进液口与第六微型泵的出口连通，过滤微流控空芯片的过滤出液口与第六微型泵的入口连通，过滤微流控芯片的样品出液口与第七微型泵的入口相连通；所述的激光接收装置位于在三个反应液存储瓶的上方，所述的激光发射器设置在三个反应液存储瓶的下方。进一步地，反应微流控芯片由从上至下的四层组成，反应微流控芯片第一层上设置四个试剂进液口，依次作为试剂D、C、B、A的入口；反应微流控芯片第二层左侧边缘设置有一个样品进液口，通过样品进液通道与第二层进液口相连通，第二层进液口右侧设置有一个第二层缓冲池和三个第二层出液口，第二层进液口与第二层缓冲池之间通过缓冲通道相连通，第二层缓冲池与第二层出液口通过混合通道相连通，第二层进液口与第二层出液口分别通过对应的一个缓冲通道相连通，三个第二层出液口和一个第二层缓冲池一一对应地位于反应微流控芯片第一层上的四个试剂进液口的正下方且分别与四个试剂进液口一一相连通；第二层缓冲池还通过混合通道与第二层出液口相连通；反应微流控芯片第三层左侧设置有三个第三层进液口，三个第三层进液口位于反应微流控芯片第二层的第二层出液口的正下方且上下一一对应地相连通，反应微流控芯片第三层的右侧设置有第一、第二固体试剂储存槽盖和三个出气孔，第一、第二固体试剂储存槽盖上下贯穿反应微流控芯片第三层；反应微流控芯片第四层左侧设置有三个第四层进液口，三个第四层进液口位于反应微流控芯片第三层上的第三层进液口的正下方且与第三层进液口一一对应地相连通；反应微流控芯片第四层右侧设置有三个反应液出液口，其正上方一一对应地正对着反应微流控芯片第三层的三个出气孔，反应液出液口的正下方分别装有三个反应液存储瓶，反应液出液口与第四层进液口之间通过混合通道连通，反应液出液口左侧设置第一固体试剂存储槽，反应液出液口左侧设置有第二固体试剂存储槽，第一、第二固体试剂存储槽的正上方正对着反应微流控芯片第三层的第一、第二固体试剂存储槽盖，第四层进液口与反应液出液口之间通过混合通道连通，第四层进液口与反应液出液口之间通过混合通道连通，混合通道贯穿第一固体试剂存储槽，混合通道贯穿第二固体试剂存储槽。所述的水中重金属离子浓度检测装置的检测方法采用的技术方案为：步骤1：打开第一微型泵，将待测水样泵入过滤微流控芯片中，再打开第六微型泵，待测水样随第六微型泵在过滤微流控芯片中过滤；步骤3：关闭第六微型泵，打开第七微型泵，同时打开第二、第三、第三、第五微型泵，将过滤后的待测水样与试剂A、B、C、D分别在反应微流控芯片中的不同通道进行混合与反应；步骤4：将反应微流控芯片中的混合液分别泵入反应液存储瓶中，关闭第七微型泵；步骤5：开启激光发射器，调整激光发射器的激光波长，检测出吸光度，计算出水样中铜、镍、铬三种重金属离子浓度。本专利技术与已有方法和技术相比，具有如下优点：（1）本专利技术结合微流控芯片可以对水样中的重金属离子浓度进行现场快速测定，克服了传统大型的精密仪器在一些突发污染事故或在污染物浓度的变化幅度大速度快的场所受到诸多限制，具有便携、实时、快速、灵敏等特点。（2）本专利技术只需将实现制备好的试剂装入试剂存储瓶中，利用控制台即可实现自动化进样与检测，操作简单、快捷。（3）本专利技术结合微流控芯片，所需检测试剂少，检测废液少，对环境污染小，可以实现绿色检验。（4）本专利技术所采用的微流控芯片采用有机高分子聚合物材料（PMMA）制作，成本低，易于加工成型与批量生产。（5）本专利技术检测装置中的过滤微流控芯片中的滤筛、反应液存储瓶均可拆卸、清洗和更换，另外，两片微流控芯片可以通过向水样存储瓶中加入清洗液，通过两个微型泵将清洗液泵入芯片中，清洗芯片，可以实现微流控芯片的重复利用。（6）本专利技术所述实验装置设置一个封闭暗室，进样、反应与检测的过程均在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微流控芯片的水中重金属离子浓度检测装置，具有一个封闭暗室 （5），其特征是：封闭暗室 （5）的左外侧壁上装有储液模块（1），封闭暗室 （5）内部设置进样模块、反应模块（2）、激光接收装置（3）、激光发射装置 （4）和载物台（7），所述的储液模块（1）具有存储待测水样的水样存储瓶（101）、存储检测试剂 D的第一试剂存储瓶（102）、存储检测试剂 C的第二试剂存储瓶（103）、存储检测试剂B的第三试剂存储瓶（104）和存储检测试剂A的第四试剂存储瓶（105）这五个存储瓶，试剂 A 与试剂 B检测铜浓度，试剂 C 与氧化剂过硫酸铵检测镍浓度，试剂 D 与试剂 E 检测铬浓度；所述的进样模块具有第一微型泵（121）、第二微型泵 （122）、第三微型泵（123）、第四微型泵 （124 ）和第五微型泵（125）这五个微型泵，所述的五个存储瓶与所述的五个微型泵上下一一对应布置且每个存储瓶的底部都连接其下方的一个微型泵的入口，所述的五个微型泵的出口连接反应模块（2）；所述的反应模块（2）包括一个过滤微流控芯片（298）、一个反应微流控芯片（299）、第六微型泵 （211）、 第七微型泵 （212 ）以及三个反应液存储瓶 （224、225、226）；所述的反应微流控芯片（299）上设置有一个样品进液口（208）、四个试剂进液口（202、203、204、205）、第一固体试剂存储槽（284）、第二固体试剂存储槽（285）以及三个反应液出液口（221、222、223）；第一固体剂储存槽（285）中装有检测试剂 E，第二固体试剂储存槽 （284）中装有氧化剂过硫酸铵；反应微流控芯片（299）的水样进液口（208）与第七微型泵（212）的出口相连通，反应微流控芯片（299）的四个试剂进液口（202、203、204、205）分别一一对应地与第二、第三、第四、第五微型泵（122、123、124、125）的出口相连通，反应微流控芯片（299）的每个反应液出液口（221、222、223）各连接一个垂直的反应液存储瓶（224、225、226）的上端，反应液存储瓶 （224、225、226）的侧面不透光；所述的过滤微流控芯片（298）上设有一个样品进液口（201）、一个过滤进液口（207）、一个过滤出液口（206）和一个样品出液口（200），过滤微流控空芯片 298 的样品进液口 201 与第一微型泵121 的出口连通，过滤进液口（207）与第六微型泵 （211）的出口连通，过滤微流控空芯片（298）的过滤出液口206与第六微型泵（211） 的入口连通，过滤微流控芯片（298）的样品出液口（200）与第七微型泵（212）的入口相连通；所述的激光接收装置（3）位于在三个反应液存储瓶（224、225、226）的上方，所述的激光发射器设置（4）在三个反应液存储瓶（224、225、226） 的下方。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控芯片的水中重金属离子浓度检测装置，具有一个封闭暗室（5），其特征是：封闭暗室（5）的左外侧壁上装有储液模块（1），封闭暗室（5）内部设置进样模块、反应模块（2）、激光接收装置（3）、激光发射装置（4）和载物台（7），所述的储液模块（1）具有存储待测水样的水样存储瓶（101）、存储检测试剂D的第一试剂存储瓶（102）、存储检测试剂C的第二试剂存储瓶（103）、存储检测试剂B的第三试剂存储瓶（104）和存储检测试剂A的第四试剂存储瓶（105）这五个存储瓶，试剂A与试剂B检测铜浓度，试剂C与氧化剂过硫酸铵检测镍浓度，试剂D与试剂E检测铬浓度；所述的进样模块具有第一微型泵（121）、第二微型泵（122）、第三微型泵（123）、第四微型泵（124）和第五微型泵（125）这五个微型泵，所述的五个存储瓶与所述的五个微型泵上下一一对应布置且每个存储瓶的底部都连接其下方的一个微型泵的入口，所述的五个微型泵的出口连接反应模块（2）；所述的反应模块（2）包括一个过滤微流控芯片（298）、一个反应微流控芯片（299）、第六微型泵（211）、第七微型泵（212）以及三个反应液存储瓶（224、225、226）；所述的反应微流控芯片（299）上设置有一个样品进液口（208）、四个试剂进液口（202、203、204、205）、第一固体试剂存储槽（284）、第二固体试剂存储槽（285）以及三个反应液出液口（221、222、223）；第一固体剂储存槽（285）中装有检测试剂E，第二固体试剂储存槽（284）中装有氧化剂过硫酸铵；反应微流控芯片（299）的水样进液口（208）与第七微型泵（212）的出口相连通，反应微流控芯片（299）的四个试剂进液口（202、203、204、205）分别一一对应地与第二、第三、第四、第五微型泵（122、123、124、125）的出口相连通，反应微流控芯片（299）的每个反应液出液口（221、222、223）各连接一个垂直的反应液存储瓶（224、225、226）的上端，反应液存储瓶（224、225、226）的侧面不透光；所述的过滤微流控芯片（298）上设有一个样品进液口（201）、一个过滤进液口（207）、一个过滤出液口（206）和一个样品出液口（200），过滤微流控空芯片298的样品进液口201与第一微型泵121的出口连通，过滤进液口（207）与第六微型泵（211）的出口连通，过滤微流控空芯片（298）的过滤出液口206与第六微型泵（211）的入口连通，过滤微流控芯片（298）的样品出液口（200）与第七微型泵（212）的入口相连通；所述的激光接收装置（3）位于在三个反应液存储瓶（224、225、226）的上方，所述的激光发射器设置（4）在三个反应液存储瓶（224、225、226）的下方。


2.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的水中重金属离子浓度检测装置，其特征是：反应微流控芯片（299）由从上至下的四层组成，反应微流控芯片第一层（291）上设置四个试剂进液口（202、203、204、205），依次作为试剂D、C、B、A的入口；反应微流控芯片第二层（292）左侧边缘设置有一个样品进液口（208），通过样品进液通道（254）与第二层进液口（264）相连通，第二层进液口（264）右侧设置有一个第二层缓冲池（260）和三个第二层出液口（261、262、263），第二层进液口（264）与第二层缓冲池（260）之间通过缓冲通道（255）相连通，第二层缓冲池（260）与第二层出液口（263）通过混合通道（258）相连通，第二层进液口（264）与第二层出液口（262、261）分别通过对应的一个缓冲通道（256、257）相连通，三个第二层出液口（261、262、263）和一个第二层缓冲池（260）一一对应地位于反应微流控芯片第一层（291）上的四个试剂进液口（202、203、204、205）的正下方且分别与四个试剂进液口（202、203、204、205）一一相连通；第二层缓冲池（260）还通过混合通道（258）与第二层出液口（263）相连通；反应微流控芯片第三层（293）左侧设置有三个第三层进液口（265、266、267），三个第三层进液口（265、266、267）位于反应微流控芯片第二层（292）的第二层出液口（261、262、263）的正下方且上下一一对应地相连通，反应微流控芯片第三层（293的右侧设置有第一、第二固体试剂储存槽盖（288、289）和三个出气孔（268），第一、第二固体试剂储存槽盖（288、289）上下贯穿反应微流控芯片第三层（293）；反应微流控芯片第四层（294）左侧设置有三个第四层进液口（271、272、273），三个第四层进液口（271、272、273）位于反应微流控芯片第三层（293）上的第三层进液口（265、266、267）的正下方且与第三层进液口（265、266、267）一一对应地相连通；反应微流控芯片第四层（294）右侧设置有三个反应液出液口（221、222、223），其正上方一一对应地正对着反应微流...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宁，周旭，束方宇，冯祥宸，周晓迪，郭修原，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32