CN110161260A - 一种流道模块、微流控分析装置及测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及样品分析检测技术领域，提供了一种流道模块、微流控分析装置及测定方法，流道模块可应用于微流控分析测定，流道模块包括模块本体和开设在模块本体内部并连通模块本体两端侧壁的流道，流道在模块本体内部来回弯曲形成若干匝，样品能够自流道的一端通入流道中，沿流道流动并自流道的另一端流出，从而可对样品进行充分混合，有助提高测定的精确度；该流道模块将流道集中形成在模块本体内，可极大的减小整体仪器的体积，并且形成模块化的组装模式，更加便携且方便使用，从而实现快速高效地检测。具有上述流道模块的微流控分析装置及微流控分析测定方法同样具有上述有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及样品分析检测技术领域，尤其涉及一种流道模块、微流控分析装置及测定方法。
背景技术
现有的连续烟草行业中对于糖类物质的分析方法主要有费林试剂法、连续流动分析法(CFA)、近红外分光光度法、气相色谱法(GC)和高效液相色谱一示差折光检测法(HPLC—RID)。连续流动分析法因其具有操作简单、分析速度快、准确度和精密度高等优点，被烟草行业广泛应用，并有十多种分析方法成为行业标准分析方法。
烟草行业标准YC/T159-2002《烟草及烟草制品水溶性糖的测定连续流动法》提出了连续流动分析仪提供了宏流模块的管路连接图和测定水溶性糖的适宜条件。但是连续流动分析仪所需化学试剂样品量较多，连接管路复杂，不便于安装，且不利于车间现场或所需场合使用，并且整个设备体积较大，占用空间大。
发明内容
本发明旨在提供一种可将流道模块化集成的流道模块，形成模块化的组装模式，并提供一种具有该流道模块的微流控分析装置，该微流控分析装置更加便携且方便使用，从而实现快速高效地检测；还提供了一种应用该微流控分析装置的微流控分析测定方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
提供了一种流道模块，应用于微流控分析测定，流道模块包括模块本体和开设在所述模块本体内部并连通所述模块本体两端侧壁的流道，所述流道在所述模块本体内部来回弯曲形成若干匝，样品能够自所述流道的一端通入所述流道中，沿所述流道流动并自所述流道的另一端流出。
优选地，所述模块本体包括第一组成块和第二组成块，所述第一组成块包括第一平面，所述第二组成块包括第二平面，所述第一组成块和所述第二组成块通过所述第一平面贴合所述第二平面而组成所述模块本体，所述流道形成在所述第一平面和所述第二平面的贴合处。
进一步优选地，所述第一平面上开设有凹陷的第一沟槽，所述第一沟槽来回弯曲成若干匝，所述第一沟槽的两端口分别连通所述第一组成块的两端侧壁；所述第二平面与所述第一沟槽组成所述流道。
进一步优选地，所述第二平面上开设有凹陷的第二沟槽，所述第二沟槽的两端口分别连通所述第二组成块的两端侧壁，所述第二沟槽与所述第一沟槽相匹配，所述第一平面与所述第二平面向贴合时，所述第一沟槽和所述第二沟槽组成所述流道。
进一步优选地，所述流道包括直线部、弯曲部和连通部，所述弯曲部连通所述直线部，组成来回弯曲的结构，所述连通部连通所述直线部和所述模块本体的两侧壁。
还提供了一种微流控分析装置，包括混合模块和分析模块，所述混合模块包括加热装置、透析器及上述的流道模块，所述流道模块之间通过管路连接各自的流道，所述加热装置用于对部分所述流道模块进行加热，所述透析器用于对混合液进行透析，样品通过管路连通其中部分所述流道模块从而进入所述混合模块，并通过管路在各所述流道模块之间传输，再由管道送出所述混合模块，进入分析模块，所述分析模块用于分析测定所需成分。
优选地，所述混合模块包括第一流道模块、第二流道模块和第三流道模块，其中，所述第一流道模块与所述第二流道模块通过管路连接，所述第一流道模块用于输入第一组样品并输出至所述堆第二流道模块；所述第二流道模块处设置有所述加热装置，用于所述第二流道模块中的样品进行加热，所述第二流道模块的输出端通过管路连通所述透析器；所述第三流道模块用于输入第二组样品，并且所述第三流道模块的输出端通过管路连通所述透析器。
进一步优选地，还包括第四流道模块和第五流道模块，其中，所述第四流道模块的输入端与所述透析器连通，其输出端与第五流道模块连通；所述第五流道模块包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端连通所述第四流道模块，所述第二输入端用于输入第三组样品，所述第五流道模块的输出端连通所述分析模块。
还提供了一种微流控分析测定方法，用于对样品中的设定成分进行测定，采用上述的微流控分析装置进行测定，该方法包括：将第一组样品分别通入A流道模块中，获取第一混合液，然后送入B流道模块并同时进行加热，再送入透析器；将第二组样品分别通入C流道模块中，获取第二混合液，再通入透析器；通过透析器对第一混合液和第二混合液进行透析，获取第三混合液，然后将第三混合液输出至D流道模块，并在D流道模块处进行加热，然后通入E流道模块；在E流道模块中通入第三组样品，并通过E流道模块对第三组样品和第三混合液进行混合，并从E流道模块的输出端输出，获取第四混合液，然后对该第四混合液进行分析，测定所需成分。
优选地，E流道模块包括连通的第一段流道和第二段流道，第三混合液从第一段流道的输入端输入第一段流道，流通第一段流道后输出至第二段流道，第三组样品从第二端流道的输入端输入至第二段流道，第三混合液和第三组样品在第二段流道中流通混合，并从第二段流道的输出端输出，形成第四混合液。
本发明的有益效果是：
流道模块可应用于微流控分析测定，流道模块包括模块本体和开设在模块本体内部并连通模块本体两端侧壁的流道，流道在模块本体内部来回弯曲形成若干匝，样品能够自流道的一端通入流道中，沿流道流动并自流道的另一端流出，从而可对样品进行充分混合，有助提高测定的精确度；该流道模块将流道集中形成在模块本体内，可极大的减小整体仪器的体积，并且形成模块化的组装模式，更加便携且方便使用，从而实现快速高效地检测。具有上述流道模块的微流控分析装置及微流控分析测定方法同样具有上述有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明：
图1为流道模块一个实施例的截面示意图；
图2为流道的一个实施例的结构示意图；
图3为流道模块另一个实施例的截面示意图；
图4为微流控分析装置一个实施例的示意图；
图5为微流控分析装置用于微流控分析测定的一个实施例的示意图。
具体实施方式
烟草中的水溶性糖(主要是指烟草及烟草制品中相对含量较大的葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖)对烟草品质具有重要作用，一方面卷烟燃吸时它们能产生酸性物质，抑制烟气中的碱性物质，使烟气的酸碱平衡适度，降低刺激性，产生令人满意的吃味；另一方面糖类是形成香气物质的重要前体，可掩盖其他物质产生的杂气。
在烟草工业中，水溶性糖含量的分析测定是日常检测项目之一，为改善工艺、控成品质量、判断卷烟品质等方面提供理论支撑。
烟草行业中对于糖类物质的分析方法主要有费林试剂法、连续流动分析法(CFA)、近红外分光光度法、气相色谱法(GC)和高效液相色谱一示差折光检测法(HPLC—RID)。连续流动分析法因其具有操作简单、分析速度快、准确度和精密度高等优点，被烟草行业广泛应用，并有十多种分析方法成为行业标准分析方法。
烟草行业标准YC/T159-2002《烟草及烟草制品水溶性糖的测定连续流动法》提出了连续流动分析仪提供了宏流模块的管路连接图和测定水溶性糖的适宜条件。但是连续流动分析仪所需化学试剂均为有毒有害试剂，试剂消耗量大。烟草的测试样品量较多，产生大量废液，处理起来很麻烦，对环境产生污染。
本发明为提升烟草中水溶性糖的检测效率，降低试剂污染，更加安全环保，结合微流控技术，提供了新型的方案，包括流道模块、微流控分析装置及测定方法，可用于微流控分析测定，尤其适用于测定烟草水溶性糖，试剂消耗量只有原来的1/3，测试速度提升1-2倍，提升了烟草中水溶性糖的检测效率，并且更加绿色环保。
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明中所涉及的上、下、左、右等方位描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例一：
图1为流道模块一个实施例的截面示意图，图2为流道的一个实施例的结构示意图，同时参考图1、2，本发明实施例提供一种流道模块23，可应用于微流控分析测定，流道模块23包括模块本体23-1和开设在模块本体23-1内部并连通模块本体23-1两端侧壁的流道23-2，流道23-2在模块本体23-1内部来回弯曲形成若干匝，样品能够自流道23-2的一端通入流道23-2中，沿流道23-2流动并自流道23-2的另一端流出，从而可对样品进行充分混合，有助提高测定的精确度；该流道模块23将流道23-2集中形成在模块本体23-1内，可极大的减小整体仪器的体积，并且形成模块化的组装模式，更加便携且方便使用，从而实现快速高效地检测。
该模块本体23-1包括第一组成块23-11和第二组成块23-12，第一组成块23-11包括第一平面23-13，第二组成块23-12包括第二平面23-14，第一组成块23-11和第二组成块23-12通过第一平面23-13贴合第二平面23-14而组成模块本体23-1，流道23-2形成在第一平面23-13和第二平面23-14的贴合处，分体式的模块本体23-1，便于流道23-2的加工，同时便于拆卸清洗。
流道23-2的具体实施方式为多种，本实施例中，包括开设在第一平面23-13和/或第二平面23-14块上的沟槽，具体如下：
方案一：可在第一平面23-13上开设有凹陷的第一沟槽23-21，第一沟槽23-21来回弯曲成若干匝，第一沟槽23-21的两端口分别连通第一组成块23-11的两端侧壁；第二平面23-14上未开设沟槽，而以平面封闭第一沟槽23-21的另一侧，从而组成流道23-2。
方案二：可在第一平面23-13和平面上均开设沟槽，例如，可在方案一的基础上，在第二平面23-14上开设有凹陷的第二沟槽23-22，第二沟槽23-22的两端口分别连通第二组成块23-12的两端侧壁，第二沟槽23-22与第一沟槽23-21相匹配，第一平面23-13与第二平面23-14向贴合时，第一沟槽23-21和第二沟槽23-22组成流道23-2。
上述两个流道23-2形成的方案，均能实现样品的输送和混合，其弯曲的匝数可根据具体的需要进行合理设置，本实施例中，流道23-2弯曲的匝数为10匝。
第一组成块23-11和第二组成块23-12分别由玻璃板制成，沟槽通过刻蚀形成，从而可采用微加工技术将上述流道23-2集中刻蚀在玻璃板上，与现有的微流控分析装置中流道23-2的设置相比，可极大地降低仪器的体积，更加便携和便于放置在车间或者现场进行快速高效检测。
流道23-2的具体结构可设置为包括直线部23-23、弯曲部23-24和连通部23-25，弯曲部连通直线部，组成来回弯曲的结构，从而使得样品流通的同时能进行充分混合，连通部连通直线部和模块本体23-1的两侧壁，从而便于连接外接管路。
该流道模块23的设置，可将流道23-2集成于模块本体23-1上形成模块化的、可单独装卸的模块，应用于微流控分析测定装置中，实现模块化的装配，便于连接其他组成部件，提高便携性，便于车间等现场的使用和安装，且可减少流道23-2的占用体积，对应需要加热的容易，也可以直接针对该流道模块23进行加热，实现其内部样品的加热。
实施例二：
图3为流道模块23另一个实施例的截面示意图，参考图3，该实施例与上述实施例不同之处在于，本实施例中的模块本体23-1为一体式结构，流道23-2可通过3D打印等方式形成在模块本体23-1内部。
实施例三：
图4为微流控分析装置一个实施例的示意图，参考图4，本发明实施例还提供一种微流控分析装置，包括分析模块10和混合模20，混合模块20包括加热装置21、透析器22及上述的流道模块23，流道模块23之间通过管路连接各自的流道，加热装置21用于对部分流道模块23进行加热，由于流道模块23的集成化和模块化，该加热过程可采用恒温加热器直接对流道模块23的模块本体进行加热，模块本体的导热作用使得其流道内的样品受热均匀，从而可在样品流通的过程中对样品进行充分加热。透析器22用于对混合液进行透析，样品通过管路连通其中部分流道模块23从而进入混合模块20，并通过管路在各流道模块23之间传输，再由管道送出混合模块20，进入分析模块10，分析模块10用于分析测定所需成分，模块化的流道模块23可便于微流控分析装置整体的安装，以及管路的连接，与现有的微流控分析装置相比，具有安装和拆卸的便捷性，并且能够减小流道占用的体积，从而能够为微流控分析装置整体内部节约安装空间，便于微流控分析装置小型化、便携化的发展，从而方便放置于车间现场等使用场合，有利于快速高效检测。
具体地，混合模块20包括第一流道模块231、第二流道模块232和第三流道模块233，其中，第一流道模块231与第二流道模块232通过管路连接，第一流道模块231用于输入第一组样品40并输出至堆第二流道模块232；第二流道模块232处设置有加热装置21，用于第二流道模块232中的样品进行加热，第二流道模块232的输出端通过管路连通透析器22；第三流道模块233用于输入第二组样品50，并且第三流道模块233的输出端通过管路连通透析器22。
还包括第四流道模块234和第五流道模块235，其中，第四流道模块234的输入端与透析器22连通，其输出端与第五流道模块235连通；第五流道模块235包括第一输入端和第二输入端，第一输入端连通第四流道模块234，第二输入端用于输入第三组样品60，第五流道模块235的输出端连通分析模块。透析器22上还连通有用于排出废液的排废管路，从而通入废液收集容器24。
还包括多通道蠕动泵30，多通道蠕动泵30将不同样品通过不同的管路分别送入流道模块23，实现多种不同样品的分别输入。
该微流控分析装置可应用于样品中的设定成分进行测定，例如烟草样品中水溶性糖的测定。
实施例四：
参考图5，及上述实施例，本发明实施例还提供一种微流控分析测定方法，用于对样品中的设定成分进行测定，该方法采用上述的微流控分析装置进行测定，该方法包括：
将第一组样品41分别通入A流道模块23A中，获取第一混合液，然后送入B流道模块23B并同时进行加热，再送入透析器22；
将第二组样品51分别通入C流道模块23C中，获取第二混合液，再通入透析器22；
通过透析器22对第一混合液和第二混合液进行透析，获取第三混合液，然后将第三混合液输出至D流道模块23D，并在D流道模块23D处进行加热，然后通入E流道模块23E；
在E流道模块23E中通入第三组样品61，并通过E流道模块23E对第三组样品61和第三混合液进行混合，并从E流道模块23E的输出端输出，获取第四混合液，然后对该第四混合液进行分析，测定所需成分；
采用上述方法重复多次测定，两次测定之间对装置输入清洗液进行清洗；具体重复次数可由实际测定需求进行设置。
其中，E流道模块23E包括连通的第一段流道23E1和第二段流道23E2，第三混合液从第一段流道23E1的输入端输入第一段流道23E1，流通第一段流道23E1后输出至第二段流道23E2，第三组样品61从第二段流道23E2的输入端输入至第二段流道23E2，第三混合液和第三组样品61在第二段流道23E3中流通混合，并从第二段流道23E2的输出端输出，形成第四混合液。
本发明实施例还提供一种将上述微流控分析测定方法应用于烟草样品中水溶性糖的测定，其中，第一组样品包括S1剂量的盐酸溶液、S2剂量的氢氧化钠溶液、S3剂量的盐酸溶液，第二组样品包括S4剂量的氢氧化钠溶液、S5剂量的PAHBAH(羟基苯甲酸酰肼)溶液、S6剂量的氢氧化钠溶液，第三组样品包括S7剂量的乙酸溶液。
采用上述方法重复多次测定，两次测定之间对装置输入清洗液进行清洗；具体重复次数可由实际测定需求进行设置。
采用本发明微流控分析装置及方法对烟草中水溶性糖进行测定，需要配制试剂的种类减少，试剂消耗量仅为1/3，见下表一，表格中的试剂计量仅为其中一种示例。
表一：微流控分析仪与连续流动分析仪消耗试剂量对比。
与经典法的对比：由同一操作员按照本微流控分析仪测试，不同时间对烤烟标准物质GBW08514a进行6次测定，并与费林容量法进行比对，见下表二，采用z检验，计算得到P＝0.504>0.05，由此可得本方法与经典方法相比不存在显著性差异。
表二：本微流控分析仪与经典方法的测定数值对比(％)。
与实验室控制样品认定值的对比：由同一操作员按照本发明方法，不同时间对实验室控制样品150519A和B进行6次测定，并与证书上的认定值进行比对，见下表三，采用z检验，分别计算得到P＝0.2651>0.05、P＝0.1914>0.05，由此可得本方法的检测值与控制样品认定值之间不存在显著性差异。
表三：本微流控分析仪测定实验室控制样品(％)。
精密度的测定：对烤烟，白肋烟，香料烟、再造烟叶四种烟草样品由同一操作员按照本发明方法，在短时间间隔内平行测定6次，结果见表四。由下表四可知，本方法测定水溶性糖含量的RSD值分别为0.90％，4.42％、2.12％和1.16％，小于5％，精密度良好。
表四：烤烟、白肋烟、香料烟、再造烟叶测定精密度(％)。
本发明方法对烤烟，白肋烟，香料烟、再造烟叶四种烟草样品的加标回收率为99.68％，100.57％、101.19％和98.8％，结果见下表五。
表五：烤烟、白肋烟、香料烟采用微流控分析仪测定加标回收率(％)。
上述仅为本发明的较佳实施例，但本发明并不限制于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以做出多种等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种流道模块，其特征在于：应用于微流控分析测定，流道模块包括模块本体和开设在所述模块本体内部并连通所述模块本体两端侧壁的流道，所述流道在所述模块本体内部来回弯曲形成若干匝，样品能够自所述流道的一端通入所述流道中，沿所述流道流动并自所述流道的另一端流出。
2.根据权利要求1所述的流道模块，其特征在于：所述模块本体包括第一组成块和第二组成块，所述第一组成块包括第一平面，所述第二组成块包括第二平面，所述第一组成块和所述第二组成块通过所述第一平面贴合所述第二平面而组成所述模块本体，所述流道形成在所述第一平面和所述第二平面的贴合处。
3.根据权利要求2所述的流道模块，其特征在于：所述第一平面上开设有凹陷的第一沟槽，所述第一沟槽来回弯曲成若干匝，所述第一沟槽的两端口分别连通所述第一组成块的两端侧壁；所述第二平面与所述第一沟槽组成所述流道。
4.根据权利要求3所述的流道模块，其特征在于：所述第二平面上开设有凹陷的第二沟槽，所述第二沟槽的两端口分别连通所述第二组成块的两端侧壁，所述第二沟槽与所述第一沟槽相匹配，所述第一平面与所述第二平面向贴合时，所述第一沟槽和所述第二沟槽组成所述流道。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的流道模块，其特征在于：所述流道包括直线部、弯曲部和连通部，所述弯曲部连通所述直线部，组成来回弯曲的结构，所述连通部连通所述直线部和所述模块本体的两侧壁。
6.一种微流控分析装置，其特征在于：包括混合模块和分析模块，所述混合模块包括加热装置、透析器及权利要求1至5中任一项所述的流道模块，所述流道模块之间通过管路连接各自的流道，所述加热装置用于对部分所述流道模块进行加热，所述透析器用于对混合液进行透析，样品通过管路连通其中部分所述流道模块从而进入所述混合模块，并通过管路在各所述流道模块之间传输，再由管道送出所述混合模块，进入分析模块，所述分析模块用于分析测定所需成分。
7.根据权利要求6所述的微流控分析装置，其特征在于：所述混合模块包括第一流道模块、第二流道模块和第三流道模块，其中，
所述第一流道模块与所述第二流道模块通过管路连接，所述第一流道模块用于输入第一组样品并输出至所述第二流道模块；
所述第二流道模块处设置有所述加热装置，用于所述第二流道模块中的样品进行加热，所述第二流道模块的输出端通过管路连通所述透析器；
所述第三流道模块用于输入第二组样品，并且所述第三流道模块的输出端通过管路连通所述透析器。
8.根据权利要求7所述的微流控分析装置，其特征在于：还包括第四流道模块和第五流道模块，其中，
所述第四流道模块的输入端与所述透析器连通，其输出端与第五流道模块连通；
所述第五流道模块包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端连通所述第四流道模块，所述第二输入端用于输入第三组样品，所述第五流道模块的输出端连通所述分析模块。
9.微流控分析测定方法，用于对样品中的设定成分进行测定，其特征在于：采用权利要求6至8中任一项所述的微流控分析装置进行测定，该方法包括：
将第一组样品分别通入A流道模块中，获取第一混合液，然后送入B流道模块并同时进行加热，再送入透析器；
将第二组样品分别通入C流道模块中，获取第二混合液，再通入透析器；
通过透析器对第一混合液和第二混合液进行透析，获取第三混合液，然后将第三混合液输出至D流道模块，并在D流道模块处进行加热，然后通入E流道模块；
在E流道模块中通入第三组样品，并通过E流道模块对第三组样品和第三混合液进行混合，并从E流道模块的输出端输出，获取第四混合液，然后对该第四混合液进行分析，测定所需成分。
10.根据权利要求9所述的微流控分析测定方法，其特征在于：E流道模块包括连通的第一段流道和第二段流道，第三混合液从第一段流道的输入端输入第一段流道，流通第一段流道后输出至第二段流道，第三组样品从第二端流道的输入端输入至第二段流道，第三混合液和第三组样品在第二段流道中流通混合，并从第二段流道的输出端输出，形成第四混合液。
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