[发明专利]一种微型集成式紫外-热复合消解芯片

说明书

技术领域

本发明涉及微量检测技术领域，是一种微型集成式紫外-热复合消解芯片，可针对水环境中COD、总磷、总氮含量进行快速检测，是一种基于紫外发光二极管(LED)及微流控技术的集成式快速消解芯片。

背景技术

根据中国环保部2009年6月4日发布的《2008年中国环境状况公报》显示：我国地表水污染依然严重。长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河等七大水系中近一半河段严重污染。水环境监测对象非常复杂，且数量众多。COD(化学需氧量)、总磷(Total Phosphorus-TP)、总氮(TotalNitrogen-TN)是水质监测的三个重要常规指标。COD是衡量水中有机物质含量多少的指标，化学需氧量越大，则水体受到有机物的污染越严重；总磷是水中各种形态的磷的总和，其主要来源为生活污水、化肥、有机磷农药及近代洗涤剂所用的磷酸盐增洁剂等；总氮指的是水中有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的总和，主要来自农业生产中的化肥流失。总磷、总氮超标会引起湖泊、河流等水体污秽异臭，水体中藻类植物的过度生长，水体富营养化，水质变坏，易发生水华或者赤潮，无法饮用。

目前无论是实验室的COD、总磷、总氮国标检测方法，还是商用在线检测仪的检测方法，对COD、总磷、总氮的检测都需要通过使用强氧化剂，将未经过滤的水样消解；消解时测试溶液应密闭置于高压蒸气消毒器中加热，在一定的压力和温度下，保持一段时间，把水样中的有机物质转化成二氧化碳和水；将水样中所含的磷，包括溶解的、颗粒的、有机的和无机磷，全部氧化为正磷酸盐，同理把水样中含氮化合物完全转化为硝酸盐。在经过各自的处理之后，在一定的波长下测定吸光度，计算得到COD、总磷、总氮的含量

对于COD、总磷、总氮的消解，国标方法通常选用高压蒸气消毒器作为消解装置，尺寸较大，能耗高，很难实现便携使用，商用的分析仪器所用的消解系统也具有上述特点。随着微加工技术的不断发展，基于电化学、生物技术的微小型传感器不断涌现，亟需与之配套的微小型消解系统。目前国内外尚未见针对水环境中COD、总磷、总氮检测的微型消解系统的报道，尚未见将基于紫外LED的光学消解方法与基于微流控芯片的微型热消解方法相结合的复合消解方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微型集成式紫外-热复合消解芯片，以满足水环境中COD、总磷、总氮便携式、现场、快速检测的需求。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种微型集成式紫外-热复合消解芯片，其包括微型紫外LED阵列发光单元、微型热消解单元；其中，

微型紫外LED阵列发光单元，包括上衬底、中间层、多个微小紫外LED发光体、两电极点；上衬底下表面中部固设有多个微小紫外LED发光体集成的阵列，阵列依上衬底长向排列，长向两端固接有两电极点，两电极点分别与LED发光体集成的阵列两端电连接；上衬底的长与中间层的宽相等，将两者长向正交后叠置，LED发光体集成的阵列位于中间层上表面中部，通过键合技术将上衬底下表面和中间层上表面牢固、永久性键合在一起；

中间层长向两端各设一通孔，通孔位于上衬底没覆盖部分，一通孔为入口，另一通孔为出口；

微型热消解单元，包括下衬底、消解单元、加热系统，

中间层的外形与下衬底的外形相同，中间层下表面和下衬底上表面牢固、永久性键合在一起；

消解单元包括消解腔、凹槽、通道；上衬底和中间层之间的LED发光体集成的阵列正对下衬底上表面中部，下衬底上表面中部设有一个微型圆型消解腔，消解腔两侧各设一凹槽，消解腔在下衬底上表面纵向上经通道分别与凹槽相通连；凹槽分别与入口、出口的位置相对、直径相同，并相通连；

下衬底的下表面设有加热系统，加热系统位于消解腔正下方，包括加热电极、隔离槽、电加热丝；盘成圆形的电加热丝位于消解腔底部下方，其两端各接有一加热电极；在圆形电加热丝的外周圆，设有多个不相连的弧状隔离槽，弧状隔离槽放射状围在圆形电加热丝的外侧，组成多个环。

所述的微型集成式紫外-热复合消解芯片，其所述消解腔、两凹槽的深度为20-200μm，消解腔的直径为50-2000μm，两凹槽的直径为50-1000μm。

所述的微型集成式紫外-热复合消解芯片，其所述LED发光体集成的阵列和两电极点的衬底与上衬底下表面键合在一起，LED发光体集成的阵列所在平面与中间层的上表面相接触；

LED发光体集成的阵列和两电极点的衬底材料是蓝宝石，或碳化硅、氮化镓材料；