[发明专利]一种检测水体中氮磷含量的微流控芯片及检测方法

权利要求书

1.一种检测水体中氮磷含量的微流控芯片，该微流控芯片包括由上到下依次设置的上层、隔膜层、下层和支撑层，其特征在于，所述上层、隔膜层、下层和支撑层均为圆形；其中：

所述上层设有上层试剂注入口、N个上层混合腔、N个上层消解腔、N个上层显色腔；所述上层试剂注入口处设有相应的上层储液池，其中，所述上层混合腔、上层消解腔、上层显色腔围绕所述上层试剂注入口等距离分布，并且，每一个所述上层混合腔与所述上层试剂注入口通过等高等宽等长的微通道连接，N个所述上层消解腔通过等高等宽等长的微通道串联在一起并且在其串联微通道上设有至少一个水样品注入口，N个所述上层显色腔通过等高等宽等长的微通道串联在一起并且在串联微通道上设有至少一个显色液注入口；

所述下层设有下层试剂注入口、N个下层混合腔、N个下层消解腔、N个下层显色腔、参比池，所述下层试剂注入口处设有相应的下层储液池，其中，所述下层混合腔、下层消解腔、下层显色腔围绕所述下层试剂注入口等距离分布，相应的下层混合腔、下层消解腔、下层显色腔通过等高等长的微通道串联在一起并连接至所述下层试剂注入口，并且，连接所述下层试剂注入口与不同的下层混合腔的各条微通道的宽度按照顺时针的顺序梯级增加50-200微米；所述参比池设于所述下层的任意空白位置；

所述上层试剂注入口与所述下层试剂注入口的位置重叠并通过隔膜层分隔，相应的上层混合腔与下层混合腔的位置重叠并且通过隔膜层分隔，相应的上层消解腔与下层消解腔的位置重叠并且通过隔膜层分隔，相应的上层显色腔与下层显色腔的位置重叠并且通过隔膜层分隔。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述N为大于等于2的整数。

3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，该微流控芯片还包括对应于下层的每个腔室的换能器以及相应的控制系统；

优选地，所述换能器设于所述支撑层的外部；

优选地，所述换能器的频率为20-500KHz，功率为10-100W。

4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，相应的上层混合腔、上层消解腔、上层显色腔设置在所述上层的同一半径上；相应的下层混合腔、下层消解腔、下层显色腔设置在所述下层的同一半径上。

5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述上层混合腔、上层消解腔、上层显色腔围绕所述上层试剂注入口等距离分布是指相邻上层混合腔相互之间的直线距离相等，相邻上层消解腔相互之间的直线距离相等，相邻上层显色腔相互之间的直线距离相等，每一个所述上层混合腔、每一个所述上层消解腔、每一个所述上层显色腔与所述上层试剂注入口的直线距离相等；优选地，连接N个所述上层消解腔的微通道组成一个圆形，连接N个所述上层显色腔的微通道组成一个圆形；

所述下层混合腔、下层消解腔、下层显色腔围绕所述下层试剂注入口等距离分布是指相邻下层混合腔相互之间的直线距离相等，相邻下层消解腔相互之间的直线距离相等，相邻下层显色腔相互之间的直线距离相等，每一个所述下层混合腔、每一个所述下层消解腔、每一个所述下层显色腔与所述下层试剂注入口的直线距离相等。

6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，每一个上层混合腔、每一个下层混合腔、每一个下层消解腔、每一个下层显色腔分别设有相应的溢流口；串联上层消解腔的微通道上设有至少一个溢流口；串联上层显色腔的微通道上设有至少一个溢流口。

7.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述上层和下层的材质为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、玻璃、不锈钢、铝和硅片中的一种或两种以上的组合。

8.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，位于所述上层的微通道的高度为100-3000微米，宽度为100-3000微米。

9.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，位于所述下层的微通道的高度为100-3000微米，宽度为100-3000微米。

10.一种利用权利要求1-9任一项所述的微流控芯片检测水体中氮磷含量的检测方法，其包括以下步骤：

(1)灌注氢氧化钠：将氢氧化钠从上层试剂注入口加入到上层储液池，盖上密封盖，使氢氧化钠在离心力的驱动下注入到每一个上层混合腔；

(2)灌注过硫酸钾：破坏所述上层试剂注入口与下层试剂注入口之间的隔膜，注入过硫酸钾，盖上密封盖，使过硫酸钾在离心力的驱动下注入到每一个下层混合腔；由于连接下层试剂注入口和下层混合腔的微通道的尺寸不同，呈连续梯级变化，在相同的离心力下，注入下层混合腔的过硫酸钾的量也呈梯级变化；优选地，离心力对应的离心转速为20-150转/分；

(3)不同比例的过硫酸钾和氢氧化钠的快速混合：破坏每一对相应的上层混合腔和下层混合腔之间的隔膜，使过硫酸钾和氢氧化钠混合，得到消解液，由于过硫酸钾的量呈梯级变化，混合后的过硫酸钾和氢氧化钠的比例也呈梯级连续变化；优选地，过硫酸钾和氢氧化钠混合的时间为5-60s；优选通过换能器实现过硫酸钾和氢氧化钠的快速混合；

(4)灌注水样品：通过水样品注入口利用注射泵或注射器将待消解水样品注入每一个的上层消解腔，密封水样品注入口；优选地，注射泵或注射器的流速为0.5-2ml/min；

(5)水样品和消解液的混合：使消解液在离心力驱动下注入到相应的下层消解腔之中，破坏每一对上层消解腔和下层消解腔之间的隔膜，使待消解水样品和消解液接触混合；优选地，水样品和消解液混合的时间为5-60s；优选通过换能器实现水样品和消解液的混合；

(6)消解：将所述微流控芯片置于紫外环境、微波环境或者高温压力环境中，在适当条件下进行消解处理，得到消解液；

(7)检测总氮：利用紫外可见分光光度计对经过消解处理的微流控芯片中的样品中的总氮含量进行定量检测；

(8)注入钼酸铵溶液：通过显色液注入口将钼酸铵溶液注入每一个上层显色腔，密封显色液注入口；

(9)显色反应：利用离心力使消解液转移至每一个下层显色腔中，破坏每一对上层显色腔和下层显色腔之间的隔膜，使钼酸铵溶液与消解液混合、反应；优选地，离心力对应的离心转速为20-1000转/分；

(10)检测总磷：利用紫外可见分光光度计对经过消解处理的微流控芯片中的样品中的总磷含量进行定量检测。