[发明专利]一种快速化在线检测化学需氧量的微流控芯片系统

说明书

技术领域

本发明涉及环境检测技术领域，具体地说是一种快速化在线检测化学需氧量的微流控芯片系统。

背景技术

化学需氧量是以化学方法测量水样中需要被氧化的物质的量，反映了水污染的程度。化学需氧量值越高说明水中的有机物污染越严重。

化学需氧量COD_Cr的标准测定方法以我国标准GB11914《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》和国际标准ISO6060《水质化学需氧量的测定》为代表，该方法氧化率高，再现性好，准确可靠，成为国际社会普遍公认的经典标准方法。其测定原理为：重铬酸钾作为氧化剂，硫酸银作为催化剂，硫酸汞为氯离子的掩蔽剂，在硫酸酸性环境中148℃±2℃加热使消解液反应，硫酸酸度为9mol/L。以水冷却回流加热反应2h，消解液冷却后，以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵滴定剩余的重铬酸钾，根据硫酸亚铁铵溶液的消耗量计算水样的COD 值。

然而这一经典标准方法还是存在不足之处，如回流装置占的实验空间大，测试时间长，水、电消耗较大，试剂用量大，污染较为严重，操作不便，难以大批量快速测定。现今已发展了改良的快速消解法和流动注射法。快速消解法采用高温高压密闭消解法，反应时间为20分钟，但消解瓶内压力大，试管易碎裂，需要经常更换，使用寿命不长，而且所用试剂量依旧较大；流动注射法利用恒温加热器等仪器，仪器费用高昂，由于消解不完全，测定范围为0.25~250mg/L，只能达到普通消解法0.25~1000mg/L的四分之一。而采用本发明的快速化/在线检测芯片消解时间可降至5分钟，并且试剂量相比于高温高压密闭消解法减少了10至100倍，相比传统方法减少了上万倍。同时使用的微量试剂可以在芯片中完全反应，测定范围可以达到普通消解法的测定范围，且芯片材料和制造成本低廉，外接设备少，可大批量生产，易于规模化应用。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供了一种具有消解、冷却和检测功能的快速化/在线检测化学需氧量的微流控芯片微型系统，具有试剂消耗量小、数据重复性好及快速化检测等特点。

为实现上述目的，设计一种快速化在线检测化学需氧量的微流控芯片系统，包括冷却水蓄水槽、回流蓄水瓶、水样消解反应模块、光源、检测模块、废液瓶、检测设备，其特征在于：水样消解反应模块有水样消解微流控芯片及水样冷却微流控芯片组成，水样消解微流控芯片通过管道连接水样冷却微流控芯片，水样冷却微流控芯片通过管道连接检测模块。

所述的水样消解微流控芯片包括水样进口、消解液进口、反应液出口、溶液微通道，溶液微通道的一端分两个端口，分别连接水样进口及消解液进口，溶液微通道的另一端连接反应液出口；所述的溶液微通道为往复折流结构。

所述的水样冷却微流控芯片包括热溶液进口、热溶液出口、冷却水进口、冷却水出口、热溶液微通道、冷却水微通道，热溶液微通道的一端连接热溶液进口，热溶液进口连接水样消解微流控芯片的反应液出口，热溶液微通道的另一端连接热溶液出口，热溶液出口连接检测模块；冷却水微通道的一端连接冷却水进口，冷却水进口连接冷却水蓄水槽，冷却水微通道的另一端连接冷却水出口，冷却水出口连接回流蓄水瓶，所述的热溶液微通道及冷却水微通道为往复折流结构，并且冷却水微通道位于热溶液微通道的一侧，冷却水和热溶液的流向相反。

所述的检测模块包括检测微通道、检测溶液进口、检测溶液出口，检测微通道的一端连接检测溶液进口，检测溶液进口连接水样冷却微流控芯片的热溶液出口，检测微通道的另一端连接检测溶液出口，检测溶液出口连接废液瓶；位于检测微通道的左右两侧分别设有光纤通道，位于光纤通道的一侧设有光纤，位于光纤通道的另一侧设有检测设备，所述的光纤通道的直径为0.1~1mm；检测微通道为Z字型结构通道，检测微通道光程长度为1~20mm；所述的检测微通道由耐热玻璃或者石英的透光耐腐蚀材质制得。

所述的检测模块为单色光检测模块，测定检测芯片中透射光光强，波长范围为300~660nm，光纤为发光二极管。

所述的水样消解微流控芯片、水样冷却微流控芯片及检测模块由两块平面板块热压制成，热压温度为300~600℃。

所述的水样消解微流控芯片及水样冷却微流控芯片的材质由聚四氟乙烯PTFE或者聚偏氟乙烯PVDF或者四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物PFA或者氟化乙烯丙烯共聚物FEP或者耐热玻璃或石英的耐热耐腐蚀材料制得。

所述的溶液微通道、热溶液微通道、冷却水微通道、检测微通道的微通道截面为方形或者圆形，截面积为0.01~1mm²。