[发明专利]集成式消解芯片系统及消解水样的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成式消解芯片系统，特别涉及一种基于紫外LED及微流控技术的微型紫外-电-热复合消解芯片系统，以及应用该系统消解水样的方法。

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(Total Nitrate-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GB11894-89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的光电消解方法和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。发明人曾提出一种基于紫外LED及微流控技术的微型紫外-热复合消解系统，但未涉及电催化技术。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于紫外LED及微流控技术的微型紫外-电-热复合消解芯片系统，以满足水环境中COD、总磷、总氮便携式、现场、快速检测的需求。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提出一种集成式消解芯片系统，用于消解待测水样，包括热消解单元、电消解单元和紫外LED阵列发光单元，所述热消解单元、电消解单元和紫外LED阵列发光单元通过键合方式集成，所述电消解单元2包含在热消解单元1中，所述紫外LED阵列发光单元3位于热消解单元1的上方。

根据本发明的一种优选实施方式，所述热消解单元包括中间层和下衬底，该中间层和下衬底键合在一起；在所述中间层中形成有一个腔体，其作为所述待测水样的容器；在下衬底的上表面制作有电极，所述电极与该腔体相对设置。

根据本发明的一种优选实施方式，在所述腔体的周围设置有隔离槽。

根据本发明的一种优选实施方式，所述电极包括工作电极和对电极，它们分别用于连接外加电源的正负极，形成电流的回路；所述腔体正对所述工作电极。

根据本发明的一种优选实施方式，所述工作电极表面具有TiO₂薄膜，所述TiO₂薄膜和电极构成了所述电消解单元，用于对所述待测水样进行电消解。

根据本发明的一种优选实施方式，在中间层的两侧具有入口和出口，通过微沟道与所述腔体连通；所述入口用于将待测水样和消解液注入，所述出口用于将消解完的溶液导出。

根据本发明的一种优选实施方式，在所述下衬底的下表面具有一个测温电极，其用于监测所述待测水样在消解过程中的温度，该测温电极正对所述腔体。

根据本发明的一种优选实施方式，在所述测温电极的表面贴附有一个加热片，所述加热片用于对腔体内的待测水样进行热消解。

根据本发明的一种优选实施方式，紫外LED阵列发光单元包括上衬底和集成在衬底上的紫外LED发光体，其中该紫外LED发光体所在平面与所述中间层相接触。