[发明专利]一种基于微流控的快速自动化水质检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于微流控的快速自动化水质检测系统，包括微流控芯片，微流控芯片包括芯片本体，芯片本体上设置有加样区、消解检测区、以及多个试剂区，芯片本体上设置有旋转轴，加样区和试剂区相对于消解检测区更靠近旋转轴，加样区和各个试剂区均通过进样通道与消解检测区连通，消解检测区与进样通道连通处设置有单向阀，还公开了一种基于微流控的快速自动化水质检测方法，本发明采用试剂预置在微流控芯片上，微流控芯片可以兼容总磷、总氮、氨氮和COD等主要水质指标，创造性的将高温密闭消解、分步反应、试剂预置等难题集成在一张小小的微流控芯片上。

技术领域

本发明属于水质检测领域，更涉及一种基于微流控的快速自动化水质检测系统，还涉及一种基于微流控的快速自动化水质检测方法，适用于总磷、总氮、氨氮和COD等水质指标的微流控测量。

背景技术

目前市面上水质监测主要指标(总磷、总氮、氨氮和COD)的微流控技术几乎都是重复利用的芯片，并且是以泵阀形式来控制流体，诸如CN108072648A、CN208537406等，它们存在诸多缺点：仍然以液体形式存在废液，不易处理和储运；因为芯片中狭窄的微流道导致芯片反复利用过程中必然会被堵塞；现场液体试剂受限于1个月的保质期不能满足在线长期监测的无人化、免维护的要求。CN110161026虽然介绍了一种DPD分光光度法检测水中余氯的离心式微流控芯片，但是并不包括水质指标需求更迫切、更广泛和更复杂的总磷、总氮、氨氮和COD等，其芯片设计不包含更为复杂的消解和分步过程。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种基于微流控的快速自动化水质检测系统，包括可以检测总磷、总氮、氨氮和COD等指标的微流控芯片和配套离心式微流控检测仪。该芯片可以兼容超过总磷、总氮、氨氮和COD、DPD等多种指标。还提供一种基于微流控的快速自动化水质检测方法。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种基于微流控的快速自动化水质检测系统，包括微流控芯片，微流控芯片包括芯片本体，芯片本体上设置有加样区、消解检测区、第一试剂区和第二试剂区，芯片本体上设置有旋转轴，加样区和试剂区相对于消解检测区更靠近旋转轴，加样区和各个试剂区均通过进样通道与消解检测区连通，消解检测区与进样通道连通处设置有单向阀。

芯片本体包括依次粘合的第一芯片层、第二芯片层和第三芯片层，可以通过光学级双面胶、高温等方式粘合，第二芯片层上开设有试剂槽、消解检测槽、加样槽和进样通道槽，第一芯片层、第三芯片层粘合在第二芯片层两侧后，试剂槽、消解检测槽、加样槽和进样通道槽即形成试剂区、消解检测区、加样区和进样通道管，第一芯片层对应于加样区的部分开设有加样口。

芯片本体不论扇形或圆形，加样区、消解检测区、第一试剂区和第二试剂区构成一组指标区域，微流控芯片可以包括一个或四个独立的指标区域，每个微流控芯片只进行一次完整的指标测试。所述的芯片本体的半径范围是1-10cm，芯片本体厚度是0.2-2cm；优选的芯片本体半径范围是2-6cm，芯片本体厚度是0.5-1.0cm。所述微流控芯片材质可以是各类透光有聚酰胺、聚甲基丙烯酰甲酯、聚碳酸酯、聚丙乙烯、丙烯酸、橡胶、氟塑料、聚二甲基硅氧烷、环氧树脂、聚氨酯、玻璃、石英等组成。

试剂区内的试剂由试剂包膜包覆。各个试剂区的试剂包膜的离心力破裂强度不同或者部分试剂区的试剂包膜的离心力破裂强度相同或者各个试剂区的试剂包膜的离心力破裂强度相同。该试剂包膜的主要成分是PE、PP、PVC等产品中的一种或若干种的混合物。第一试剂区和第二试剂区内试剂分别由0.01-0.5mm厚度的试剂包膜和材质决定。优选的，试剂包膜的材质为PE，厚度为0.01-0.1mm。从而使得当离心转速达到离心转速R₁时，第一试剂区内试剂包膜破裂，第一试剂区内试剂包膜内的试剂流出。当离心转速达到离心转速R₂(R₁＜R₂)时，第二试剂区内试剂包膜破裂，第二试剂区内试剂包膜内的试剂流出。