CN105973820A - 一种总磷快速微检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种总磷快速微检测系统，包括光降解检测芯片、降解光源、检测单元、暗箱和控制中心；光降解检测芯片安装在暗箱中，光降解检测芯片中形成光降解区，光降解区的两端分别形成样品进液口和检测池，检测池再分支形成显色液通道和排液通道，排液通道的端部形成排液口，显色液通道的端部形成显色液进口，光降解区的内壁上具有光催化剂，样品进液口、显色液进口和排液口上安装导管和输液泵；降解光源对应光降解检测芯片的光降解区安装在暗箱中；检测单元的检测光源和光吸收器对应于检测池安装在暗箱中；控制中心与输液泵、降解光源、检测单元连接。本发明检测速度快、自动简便、样品需求量少，使总磷的检测过程更加高效、经济、便捷。
Description
技术领域
本发明涉及一种总磷快速微检测系统。
背景技术
水污染问题日益严重，许多国家对于含磷物质的处理与排放制订了严格的环保法规，水体中的磷的含量也成为水质好坏的重要评判指标，我国环境标准也有水体中磷的测定标准，发展适用于水体中磷的快速检测技术对于环保部门执法、生产部门监控水质等领域都有重要意义。
总磷包括溶解的和颗粒的，有机和无机磷。在天然水体中，溶解态的磷几乎都以各种磷酸盐的形式存在，它们分别为正磷酸盐、络合磷酸盐和有机磷酸盐，存在于溶液和悬浮物中。由于水体中的有机磷化合物不能直接测定，需要用某种消解方式将其降解为无机磷酸盐，然后通过检测无机磷酸盐的含量换算得到总磷的含量。
现有的总磷检测方法包括高氯酸消化法、过硫酸盐消化法、紫外线消解法、气相色谱法等，这些方法存在着样品消解费时费力或是仪器昂贵等缺点。
目前对磷酸盐的测定主要有分光光度法、容量法和离子色谱法。在水质监测中，磷酸盐的测定常采用钼酸铵-酒石酸锑钾-抗坏血酸分光光度法，这种方法的主要缺点是：操作冗长、繁琐，如试剂配制工作量大，其中有些需要现用现配等，样品从配试剂到出结果需要5小时左右，不能满足快速、简便的现场测试要求，无法胜任突发性污染事故的现场测定要求；干扰因素较多，钼酸铵-酒石酸锑钾-抗坏血酸分光光度法由于反应时多余的还原剂尚能还原钼酸铵使显色不稳定。
总磷消解的标准方法是过硫酸钾氧化消解法和硝酸-高氯酸氧化消解法，这两种总磷检测方法需要在高温高压下加入强氧化剂对水样进行消解，消解过程耗时耗能，二次污染严重，还存在安全隐患，不适于总磷的现场快速检测，其他消解方法包括：微波消解法、光化学降解法、超声降解法、Fenton氧化法等，这些方法或对设备要求较高，或降解效率过低，且实验时间长。现有的实验方法试剂消耗量大，对环境造成一定的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检测速度快、自动简便、样品需求量少的总磷快速微检测系统，使总磷的检测过程更加高效、经济、便捷。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种总磷快速微检测系统，包括光降解检测芯片、降解光源、检测单元、暗箱和控制中心；光降解检测芯片安装在暗箱中，光降解检测芯片中形成光降解区，光降解区的两端分别形成样品进液口和检测池，检测池再分支形成显色液通道和排液通道，排液通道的端部形成排液口，显色液通道的端部形成显色液进口，光降解区的内壁上具有光催化剂，样品进液口、显色液进口和排液口上安装导管和输液泵；降解光源对应光降解检测芯片的光降解区安装在暗箱中；检测单元的检测光源和光吸收器对应于检测池安装在暗箱中；控制中心与输液泵、降解光源、检测单元连接，样品流经光降解区使其中的有机磷被降解为无机磷酸根，在检测池与显色液混匀，检测单元的检测光源发出的光经检测池时被吸收后再被光吸收器接收，检测单元获得显色液的吸光度值，通过标准曲线的换算，获得样品溶液总磷的浓度。
进一步的，所述光降解检测芯片由三层透光玻片键合在一起，芯片为具有一定厚度的石英等透光材质的玻片，芯片包括光降解区、检测池与必须的液流通道。
进一步的，所述光降解区由一系列薄层通道网络组成，薄层通道壁表面通过在线原位合成办法，键合有二氧化钛光催化剂不致密薄膜，光降解区能够透光，光降解区上方的降解光源为紫外灯或其他强降解作用光源。
进一步的，所述薄层通道表面的二氧化钛通过含钛的硅氧烷试剂原位键合生成。
进一步的，所述检测池的上方为检测光源，下方为光吸收器。
进一步的，所述暗箱的中间有芯片槽，用于安装光降解检测芯片。
进一步的，所述控制中心为可编程序控制器，通过串行通讯数据线和信号转换系统与输液泵、降解光源和检测单元等器件相连。
进一步的，所述智能控制中心具备设置参数、发出部件操控指令、分析与记录数据、数据查询等功能，可设置样品、显色液、清洗液的进液速率与体积参数，可控制光源开关、检测单元的开关。
采用上述结构后，本发明在同一芯片上集成了光降解区与检测他，便于提高总磷检测的自动化，通过设置带光催化剂的光降解检测芯片，实现对有机磷的在线快速降解，通过在芯片上设置检测区，实现总磷的在线检测。
本发明采用光降解区表面键合光催化剂，实验过程中无需使用其他消解试剂，环保经济；薄层通道与强光源光催化降解，保证有机磷在流动中降解，降解速度快。
本发明的光降解检测芯片与暗箱两大模块为可拆分结构，又可紧密结合，结构简洁便于维护。
总之，本发明与现有方法相比，现有方法为离线检测，操作繁琐，自动化程度低，实际消耗大，本发明检测速度快，自动、简便，样品需求量少，检测过程更加高效、经济、便捷。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是光降解检测芯片总体俯视图；
图3是光降解检测芯片上层玻片俯视图；
图4是光降解检测芯片中层玻片俯视图；
图5是光降解检测芯片下层玻片俯视图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细叙述。
如图1所示，本发明揭示的一种总磷快速微检测系统，包括光降解检测芯片11、降解光源2、检测单元（图中未完全示出）、暗箱（由上暗箱1和下暗箱6扣合而成）和控制中心（图中未示出）。
光降解检测芯片11安装在暗箱中。为了方便拆换，维修，所述暗箱的中间有芯片槽安装光降解检测芯片。
光降解检测芯片11可由三层透光玻片键合在一起，芯片为具有一定厚度的石英等透光材质的玻片。光降解检测芯片11中形成光降解区4，光降解区4由一系列薄层通道网络组成，薄层通道壁表面通过在线原位合成办法，键合有二氧化钛光催化剂不致密薄膜，具体地说，通过含钛的硅氧烷试剂原位键合生成，使光降解区4能够透光，光降解区4的两端分别形成样品进液口5和检测池9，检测池9再分支形成显色液通道13和排液通道14，排液通道14的端部形成排液口8，显色液通道13的端部形成显色液进口10，样品进液口5、显色液进口10和排液口8上安装导管和输液泵（图中未示出）。光降解检测芯片11的制作，配合图2至图5所示，取三张一定大小的石英玻片，各层玻片结构采用光刻蚀技术，刻蚀出具有一定宽度、深度的薄层通道，在特定位置打孔制作出检测池9、样品进液口5、显色液进口10和排液口8，制作好的三张芯片封接成三层结构的光降解检测芯片11，在样品进液口5、显色液进口10和排液8处装上合适直径的硬质短管便于连接输液导管。
降解光源2对应光降解检测芯片11的光降解区4安装在暗箱中。降解光源2上可以配置光源罩3。降解光源2为紫外灯或其他强降解作用光源。
检测单元的检测光源12和光吸收器7对应于检测池9安装在暗箱中。具体地，检测池9的上方为检测光源12，下方为光吸收器7。
控制中心为可编程序控制器，图中未示出，通过串行通讯数据线和信号转换系统与输液泵、降解光源2和检测单元等器件相连。智能控制中心可以具备设置参数、发出部件操控指令、分析与记录数据、数据查询等功能，可设置样品、显色液、清洗液的进液速率与体积参数，可控制光源开关、检测单元的开关。
本发明实验时，把光降解检测芯片11放入上暗箱1与下暗箱6之间，上暗箱1与下暗箱6通过卡扣扣紧，周期运行开始时，控制中心控制启动降解光源2，样品溶液在恒流泵的驱动下系统的样品进液口5，经过光降解区4时，在催化剂与强光的协同降解作用下，样品中的有机磷被降解为无机磷酸根，随着液流进入检测池9，与此同时显色液在脉冲泵的驱动下进入检测池9，与降解后的溶液混匀并显色，此时控制中心启动检测器单元，检测光源12发出特定波长的光经检测池时被吸收后被光吸收器7接收，并经光电信号转化，实现检测池9中溶液的吸光度值检测，通过对标准浓度系列溶液吸光度值的测定可以拟合定量分析的标准曲线方程，相关参数写入系统软件的数据分析单元，可以实现对样品中总磷浓度的检测。
Claims (7)
1.一种总磷快速微检测系统，其特征在于：包括光降解检测芯片、降解光源、检测单元、暗箱和控制中心；光降解检测芯片安装在暗箱中，光降解检测芯片中形成光降解区，光降解区的两端分别形成样品进液口和检测池，检测池再分支形成显色液通道和排液通道，排液通道的端部形成排液口，显色液通道的端部形成显色液进口，光降解区的内壁上具有光催化剂，样品进液口、显色液进口和排液口上安装导管和输液泵；降解光源对应光降解检测芯片的光降解区安装在暗箱中；检测单元的检测光源和光吸收器对应于检测池安装在暗箱中；控制中心与输液泵、降解光源、检测单元连接，样品流经光降解区使其中的有机磷被降解为无机磷酸根，在检测池与显色液混匀，检测单元的检测光源发出的光经检测池时被吸收后再被光吸收器接收，检测单元获得显色液的吸光度值，通过标准曲线的换算，获得样品溶液总磷的浓度。
2.如权利要求1所述的一种总磷快速微检测系统，其特征在于：所述光降解检测芯片由三层透光玻片键合在一起。
3.如权利要求1所述的一种总磷快速微检测系统，其特征在于：所述光降解区由一系列薄层通道网络组成，薄层通道壁表面通过在线原位合成办法，键合有二氧化钛光催化剂不致密薄膜，光降解区能够透光，光降解区上方的降解光源为紫外灯或其他强降解作用光源。
4.如权利要求3所述的一种总磷快速微检测系统，其特征在于：所述薄层通道表面的二氧化钛通过含钛的硅氧烷试剂原位键合生成。
5.如权利要求1所述的一种总磷快速微检测系统，其特征在于：所述检测池的上方为检测光源，下方为光吸收器。
6.如权利要求1所述的一种总磷快速微检测系统，其特征在于：所述暗箱的中间有芯片槽，用于安装光降解检测芯片。
7.如权利要求1所述的一种总磷快速微检测系统，其特征在于：所述控制中心为可编程序控制器，通过串行通讯数据线和信号转换系统与输液泵、降解光源和检测单元等器件相连。
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