[发明专利]一种基于多光谱成像和微流控技术的多功能快速水质检测系统

说明书

本发明涉及光学、微细加工技术领域，具体公开了一种基于多光谱成像和微流控技术的多功能快速水质检测系统，主要由微流控芯片、多通道滤光微透镜，CMOS传感器、计算机组成。本发明采用多通道微流道和多通道滤光微透镜的组合，一方面可以同时获得多个显色通道的颜色信息，因此可以实现多个参数的同时检测，从而提高了水质检测的检测效率；另一方面集成度得到了提高，整个检测装置的体积得到了压缩，因此易于携带或现场检测。

技术领域

本发明涉及光学、微细加工技术领域，具体公开了一种基于多光谱成像和微流控技术的多功能快速水质检测系统。

背景技术

随着工业化和城市化的推进，我国经济发展和人民生活对水资源的需求逐渐加大。然而一方面我国水资源匮乏，另一方面水污染严重，水环境状况比较严峻。主要污染指标有氨氮、总磷、重金属等。

一般水质检测仪原理是通过电化学反应或者化学药剂反应使水中的相应物质参与其中，然后通过比色法、滴定法、电导率测量等方式计算出水中相应物质的含量；例如，通过纳氏比色法测定氨氮指标，钼酸铵分光光度法测定总磷，双硫腙法测定汞、铅等重金属含量等。

传统的用于水质检测的仪器很多，但大多仪器不仅体积较大，处理样品的过程也较为复杂且耗时，因此存在携带不便、不适合现场或快速检测的缺点。

微流控芯片又称芯片实验室(Lab on a Chip)，指的是一种在一块几平方厘米的芯片上构建的生物或化学实验室，将样品制备、反应、分离、检测等基本生物、化学分析过程在这些预先设置好的微流道中进行。由于微流控芯片技术具有进样量小，反应速度快，灵敏度高，易实现自动化控制和高通量分析的特点，因此，微流控芯片非常适合用于检测水质。将水质检测过程集中到微流控芯片上，将大大缩小检测系统的体积，使现场、快速、准确检测成为可能。目前已经有相关产品或专利发表(如，专利CN104931440，一种基于微流控芯片的便携式重金属高灵敏度检测装置)。

然而，目前已有的用于检测水质的微流控芯片，要么检测的指标比较单一——仅能检测某种污染物或某类污染物；要么需要多次测试才能满足不同种类污染物的检测要求，无法同时得出多种污染物的检测结果，因此检测效率上也存在一定的不足。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，本发明提出一种基于多光谱成像和微流控技术的多功能快速水质检测系统，在微流控通道内进行显色反应，通过集成多通道滤光微透镜进行滤光和采光，经COMS感光元件成像，获得颜色图像。经过软件计算获取的颜色图像的强度信息，并与标准曲线进行对比得出水质结果，实现水质的检测。由于采用多通道微流道和多通道滤光微透镜的组合，可以同时获得多个显色通道的颜色信息，因此可以实现多个参数的同时检测，从而提高了水质检测的检测效率。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

本发明的

基于多光谱成像和微流控技术的多功能快速水质检测系统，包括：微流控芯片、光源、多通道滤光微透镜、CMOS传感器、计算机；

所述微流控芯片包括多组微流道结构，每组微流道结构包括：一样品槽、一显色剂槽，以及设置与样品槽、显色剂槽之间的一反应槽，所述样品槽与反应槽之间、显色剂槽与反应槽之间分别通过一微流道连通；所述显色剂槽上设置有控制阀门，用于控制显色剂流入反应槽；

所述反应槽下方设有光源，作为背光源照射反应槽中的反应液；

所述多通道滤光微透镜设置于微流控芯片上方，用于对经反应槽中反应液后的照射光源进行滤光、聚焦；

所述CMOS传感器置于多通道滤光微透镜上方，对透过多通道滤光微透镜的光信号进行处理获得图像；

计算机用于对图像进行处理、计算后，与标准曲线比对获得检测结果，于显示器中显示。