CN115165824B - 一种bod5快速检测芯片传感器及其监测系统和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种BOD5快速检测芯片传感器，其包括独立或联合使用的激光诱导荧光芯片传感器和化学发光芯片传感器；所述激光诱导荧光芯片传感器包括激光诱导荧光微流控芯片，所述激光诱导荧光微流控芯片包括用于注入待测水样的第一芯片微通道；所述化学发光芯片传感器包括化学发光微流控芯片，所述化学发光微流控芯片包括用于注入待测水样混合物的第二芯片微通道。本发明还涉及一种BOD5自动化即时监测系统和在检测水体中BOD5的应用及对BOD5快速检测方法。

Description

一种BOD5快速检测芯片传感器及其监测系统和检测方法

技术领域

本发明属于水体生物需氧量检测技术领域，尤其是涉及一种BOD5快速检测芯片传感器及其监测系统和检测方法。

背景技术

生物需氧量(BOD)是最广泛使用的水质评估标准之一。它提供了有关水中可降解有机物的信息。然而，这种分析方法耗时(一般为5天，BOD5)，而且检测的结果会由于所用接种物的微生物多样性波动有所差异(20％)。标准法(HJ505-2009)测BOD5存在操作繁琐、工序复杂、检测结果误差较大等问题；最主要的缺点是其实现所需的时间为5天，存在严重的滞后性，难以实现对水质实时监测。因此，开发一种快速的BOD5检测方法及其相关联的传感器及监测系统是当前社会急需和亟待克服的难点。

近年来，一些快速检测BOD5的替代方法被开发出来，包括了微生物燃料电池、生物发光细菌指示法和微生物反应器，其中大部分集中于采用固定化细菌策略来加快BOD5的检测速度，目前该系列方法已经实现了1小时内出检测结果。然而，基于固化微生物的策略，细菌氧化酶会破坏微生物膜，使微生物膜的寿命短，阻碍了其应用。加之固化的微生物的细胞活动会随着时间的波动，导致基于该策略的BOD5传感器的稳定性大大降低，因此，其他稳定性好的BOD5快速检测传感器和方法的开发仍具挑战。

发明内容

本发明针对现有技术对BOD5检测存在严重的滞后性和不稳定性等不足，提供了一种BOD5快速检测芯片传感器及其监测系统和检测方法。克服了标准法检测BOD5工序复杂、严重滞后性等不足，且不同于基于固化细菌策略的BOD5传感器的稳定性差，本发明实现对BOD5原位即时检测，可以提供一套可靠稳定的BOD5实时监测设备和检测方法。

为此，本发明第一方面提供了一种BOD5快速检测芯片传感器，其包括独立或联合使用的激光诱导荧光芯片传感器(LIF-Sensor)和化学发光芯片传感器(CLF-Sensor)；所述激光诱导荧光芯片传感器包括激光诱导荧光(LIF)微流控芯片，所述激光诱导荧光微流控芯片包括用于注入待测水样的第一芯片微通道；所述化学发光芯片传感器包括化学发光(CLF)微流控芯片，所述化学发光微流控芯片包括用于注入待测水样混合物的第二芯片微通道。

本发明提供的BOD5快速检测芯片传感器选取吲哚类有机物作为特征有机物，通过激光诱导荧光检测体系和/或化学发光检测体系检测该特征有机物，来表征水体中可降解有机物的含量，从而获得水体中BOD5的含量，其原理如图1所示。

使用激光诱导荧光芯片传感器检测10个吲哚类有机物标准品的荧光值，再使用激光诱导荧光芯片传感器检测10个水样的荧光值，再对同样的10个水样采用标准法检测出BOD5值，将标准法检测出水样的BOD5值作为X轴，激光诱导荧光芯片传感器检测水样得到的荧光值作为Y轴，拟合出工作曲线，再将激光诱导荧光芯片传感器检测10个吲哚类有机物标准品的荧光值放入工作曲线中进行对比；对比结果如图2所示，说明吲哚类有机物作为特征有机物的荧光表征量与实际水样中BOD5的含量具有较高的相关性。

吲哚类有机物具有明显荧光特性，其荧光检测结果如图3所示，不同水域水样的荧光响应区分性较好，且同一水域附近水样的荧光响应图谱较为接近。因此，吲哚类有机物作为特征有机物具有普适性。

另外，由于激光诱导荧光检测吲哚类有机物偶尔会因水体中的微小颗粒和金属离子(Cu+)存在能量转移导致荧光猝灭，干扰检测结果，同时一些如络氨酸、苯丙氨酸等同样会受激发射荧光，增加了结果不确定性。因此，本发明引入化学发光检测体系与激光诱导荧光检测体系联合使用，利用类吲哚有机物可以增强Ru(phen)²⁺-Ce(Ⅳ)的发光强度，并且增强的幅度与类吲哚有机物的浓度具有线性关系，而该化学发光增强体系不与络氨酸、苯丙氨酸和微小颗粒相关，从而提高BOD5检测结果的准确度，提高本发明传感器的准确性。因此，实现快速、稳定、准确并实时地检测水体中的BOD5。

在本发明的一些实施方式中，所述激光诱导荧光微流控芯片的第一芯片微通道包括检测池，所述检测池一侧连通连接有荧光进样通道，所述检测池远离荧光进样通道一侧连通连接有荧光出样通道，所述荧光进样通道远离检测池一端连通设置有荧光注样孔，所述荧光出样通道远离检测池一端连通设置有荧光出样口。

在本发明的一些实施方式中，所述荧光进样通道和荧光出样通道为L型盘旋设置。

在本发明的一些实施方式中，所述荧光进样通道与荧光出样通道镜像对称分布。

根据本发明，所述荧光注样孔连通连接有荧光进样管，所述荧光出样口连通连接有荧光出样管。

根据本发明，所述检测池的直径不小于12.7mm，优选为12.7mm。

根据本发明，所述荧光注样孔和荧光出样口的直径不小于1mm，优选为1.2mm。

在本发明的一些实施方式中，所述化学发光微流控芯片的第二芯片微通道包括充分混合通道，所述充分混合通道一端连通连接有预混合通道，所述充分混合通道另一端连通连接有化学发光出样通道；所述预混合通道远离充分混合通道一端分别连通连接有第一进样通道和第二进样通道，所述第一进样通道远离预混合通道一端连通设置有第一注样孔，所述第二进样通道远离预混合通道一端连通设置有第二注样孔；所述化学发光出样通道远离充分混合通道一端连通设置有化学发光出样口。

在本发明的一些实施方式中，所述充分混合通道为圆盘型盘旋分布。

在本发明的一些实施方式中，所述第一进样通道、第二进样通道和预混合通道为Y型分布。

根据本发明，所述第一注样孔连通连接有第一进样管，所述第二注样孔连通连接有第二进样管。

根据本发明，所述第一进样管用于通入Ru(phen)²⁺溶液和待测水样，所述第二进样管用于通入Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液。

根据本发明，所述预混合通道用于预先混合待测水样、Ru(phen)²⁺溶液和Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液，所述充分混合通道用于充分混合Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液、水样和Ru(phen)²⁺溶液形成待测水样混合物。

根据本发明，所述化学发光出样口连通连接有化学发光出样管。

根据本发明，所述第一注样孔、第二注样孔和化学发光出样口的直径不小于1mm，优选为1.2mm。

在本发明的一些实施方式中，所述激光诱导荧光微流控芯片包括第一基底层和第一盖层，所述第一基底层和第一盖层封接在一起形成第一芯片微通。

根据本发明，所述第一基底层和第一盖层通过等离子键合封接在一起。

根据本发明，所述第一盖层为聚二甲基硅氧烷，所述第一基底层为聚二甲基硅氧烷或石英。

根据本发明，所述荧光注样孔、荧光进样通道、检测池、荧光出样通道和荧光出样口设置于第一基底层，所述荧光进样管和荧光出样管嵌设于第一盖层中。

在本发明的一些实施方式中，所述化学发光微流控芯片包括第二基底层和第二盖层，所述第二基底层和第二盖层封接在一起形成第二芯片微通道。

根据本发明，所述第二基底层和第二盖层通过等离子键合封接在一起。

根据本发明，所述第二盖层为聚二甲基硅氧烷，所述第二基底层为聚二甲基硅氧烷或石英。

根据本发明，所述第一注样孔、第二注样孔、预混合通道、充分混合通道、化学发光出样通道和化学发光出样口设置于第二基底层，所述第一进样管、第二进样管和化学发光出样管嵌设于第二盖层中。

根据本发明，所述第一芯片微通道和第二芯片微通道的尺寸为微米级别，所述第一芯片微通道和第二芯片微通道的宽度和高度不低于100μm，优选宽度为500μm，高度为500μm。

根据本发明，所述激光诱导荧光微流控芯片和化学发光微流控芯片的整体尺寸不大于40mm×40mm×15mm，优选为40mm×40mm×15mm。

在本发明的一些实施方式中，所述激光诱导荧光芯片传感器还包括激光发射组件、荧光收集组件和荧光光谱检测组件，所述激光发射组件用于发射激光，所述荧光收集组件用于接收激光发射组件发射并穿过检测池的光信号，所述荧光光谱检测组件用于识别测定所述荧光收集组件接收到的光信号。

在本发明的一些实施方式中，所述激光发射组件包括驱动器、发射源和第一滤光片，所述驱动器与发射源电连接，所述驱动器用于驱动所述发射源发射激光，所述荧光收集组件用于接收由发射源发射并依次穿过所述第一滤光片和检测池的激光。

在本发明的一些实施方式中，所述发射源和第一滤光片嵌设于检测池上侧的第一盖层中。

根据本发明，所述第一滤光片表面覆盖的第一盖层不超过1mm，优选为1mm。

根据本发明，所述发射源为激光器或紫外发光二极管(UV-LED)；优选为UV-LED。

根据本发明，所述发射源发射波长为280nm；光功率不低于100mW，优选为100mW；半衰截止宽度不大于10nm，优选为10nm；激光光斑不大于12.7mm，优选为12.7mm。

根据本发明，所述第一滤光片的透过波长为280nm。

在本发明的一些实施方式中，所述发射源的光路系统是正交系统或非正交系统，优选为非正交系统。

根据本发明，所述非正交系统包括光纤型激光诱导荧光芯片传感器(F-LIF-Sensor)和嵌入型激光诱导荧光芯片传感器(I-LIF-Sensor)。

在本发明的一些实施方式中，所述荧光收集组件包括光纤型荧光收集组件、透镜聚焦型荧光收集组件或嵌入型荧光收集组件；优选为光纤型荧光收集组件或嵌入型荧光收集组件。

根据本发明，所述光纤型荧光收集组件包括光纤和第二滤光片，所述光纤用于接收所述检测池中待测水样发射的荧光并传导光信号，所述光纤一端位于检测池中，所述第二滤光片垂直设置于所述光纤另一端并用于过滤所述光纤导出的光信号，所述第一光电倍增管接收过滤后的光信号并转化为电信号。

根据本发明，所述光纤的直径不大于1mm，优选为1mm。

在本发明的另一些实施方式中，所述透镜聚焦型荧光收集组件包括二向分光镜、聚焦物镜、第二滤光片和聚焦透镜；穿过所述第一滤光片的激光依次穿过所述二向分光镜和所述聚焦物镜后聚焦在所述检测池，所述检测池中的待测水样发射出的荧光穿过所述聚焦物镜，经二向分光镜反射后穿过所述第二滤光片，再经所述聚焦透镜聚焦后被所述第一光电倍增管接收并转化为电信号。

根据本发明，所述聚焦透镜选用石英透镜；所述聚焦透镜的直径不小于12.7mm，优选为12.7mm；焦距为16mm。

在本发明的另一些实施方式中，所述嵌入型荧光收集组件包括第二滤光片，所述第二滤光片用于过滤所述检测池中待测水样发射的荧光，所述第一光电倍增管接收过滤后的光信号并转化为电信号。

根据本发明，所述第二滤光片嵌设于检测池下侧的第一基底层中。

根据本发明，所述检测池距离第一滤光片和第二滤光片均不超过1mm。

根据本发明，所述第二滤光片的透过波长为350nm；半衰截止宽度不大于10nm，优选为10nm。

在本发明的另一些实施方式中，所述第二滤光片使用反射光栅替代，并根据要求调整相应的光路。

在本发明的一些实施方式中，所述荧光光谱检测组件包括依次电连接的第一光电倍增管(PMT)、锁相放大器和显示终端，所述第一光电倍增管用于对所述荧光收集组件接收到的光信号进行光电信号转化，所述锁相放大器用于对转化的电信号进行滤波和放大得到最终信号，所述显示终端用于显示最终信号。

根据本发明，所述第一光电倍增管设置于第二滤光片或聚焦透镜远离进光一侧。

根据本发明，所述锁相放大器调频控制驱动器的关断来实现发射源的频率调制；所述锁相放大器解调出特定频率的电压信号，实现检测信号的数字滤波，以提高对环境光的干扰。

在本发明的一些实施方式中，所述化学发光芯片传感器还包括化学发光光谱检测组件。

根据本发明，所述化学发光光谱检测组件包括依次电连接的第二光电倍增管(PMT)、电压采集卡和显示终端，所述第二光电倍增管用于对所述充分混合通道中的待测水样混合物所发出的光进行光电信号转化，所述电压采集卡用于采集转化的电信号并转化为电压值，得到最终信号，所述显示终端用于显示最终信号。

根据本发明，所述待测水样混合物包括待测水样、Ru(phen)²⁺溶液和Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液。

根据本发明，所述第二光电倍增管设置于充分混合通道下侧。

根据本发明，所述充分混合通道距离第二光电倍增管不超过1mm，优选为1mm。

根据本发明，所述电压采集卡的采样频率大于光源的调制频率。

根据本发明，所述电压采集卡的采集频率不小于100HZ。

根据本发明，所述锁相放大器的解调频率和电压采集卡的调制频率保持一致，不大于100HZ，优选频率为100HZ。

根据本发明，所述第一光电倍增管和第二光电倍增管的检测窗宽光谱的峰值波长为350nm，输出信号为电压型。

在本发明的另一些实施方式中，采用所述嵌入型荧光收集组件的激光诱导荧光芯片传感器将第一光电倍增管直接放置在检测池下侧，且尽量靠近检测池；选择光阴面较大面积的第一光电倍增管，所述第一光电倍增管的光阴面直径不低于12.7mm，优选为25.4mm。

在本发明的另一些实施方式中，在满足检测灵敏度的情况下，所述第一光电倍增管和第二光电倍增管使用光电二极管替代；所述光电二极管的光阴面有效面积与第一光电倍增管和第二光电倍增管相当。

根据本发明，所述显示终端为PC或者液晶屏。

本发明第二方面提供了一种BOD5自动化即时监测系统，其特征在于，其包括BOD5快速检测芯片传感器。

在本发明的一些实施方式中，BOD5自动化即时监测系统包括串联的所述激光诱导荧光芯片传感器和所述化学发光芯片传感器，还包括进液管和出液管，所述进液管与激光诱导荧光芯片传感器的荧光进样管相连通连接，所述激光诱导荧光芯片传感器的荧光出样管与化学发光芯片传感器的第一进样管相连通连接，纯净水储罐和Ru(phen)²⁺溶液储罐分别与所述进液管连通连接，所述化学发光芯片传感器的第二进样管连通连接有Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液储罐，所述出液管与化学发光芯片传感器的化学发光出样管相连通连接，所述出液管上设置有泵。

根据本发明，所述进液管进口处连接设置有过滤嘴，所述过滤嘴为气石。

根据本发明，所述进液管、纯净水储罐、Ru(phen)²⁺溶液储罐、Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液储罐、泵、激光诱导荧光芯片传感器、化学发光芯片传感器和出液管均密封设置于电磁屏蔽壳内。

根据本发明，所述进样管、纯净水储罐、Ru(phen)²⁺溶液储罐、Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液储罐、激光诱导荧光芯片传感器和出液管处均设置有电磁阀。

根据本发明，所述泵为蠕动泵或真空泵，优选为蠕动泵。

本发明采用微流控芯片传感器，以制备BOD5自动化即时监测系统，可以使监测系统小型化和耗能最小化。小型化的设备更容易更换维修，且带来的耗能也大大减小。

本发明第三方面提供了一种BOD5快速检测芯片传感器或BOD5自动化即时监测系统在检测水体中BOD5的应用。

本发明第四方面提供了一种BOD5快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

求取激光诱导荧光芯片传感器标准曲线；通过荧光进样管吸取待测水样注入荧光注样孔，待测水样经荧光进样通道进入检测池中，经激光发射组件发光照射检测池中待测水样，荧光收集组件采集光信号，再由荧光光谱检测组件进行光电信号转换得到荧光值，将荧光值根据激光诱导荧光芯片传感器标准曲线计算出待测水样中BOD5的值；检测后的水样经荧光出样通道、荧光出样口和荧光出样管流出作为废液，完成一次检测。

或包括以下步骤：

求取化学发光芯片传感器标准曲线；通过第一进样管吸取待测水样和Ru(phen)²⁺的混合液注入第一注样孔，通过第二进样管吸取Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液注入第二注样孔，待测水样、Ru(phen)²⁺溶液和Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液经预混合通道预先混合反应，再进入充分混合通道进行充分混合反应成待测水样混合物，化学发光光谱检测组件对待测水样混合物发出的光进行光电信号转换得到发光值，将发光值根据化学发光芯片传感器标准曲线计算出待测水样中BOD5的值；检测后的混合溶液经化学发光出样通道、化学发光出样口和化学发光出样管流出作为废液，完成一次检测。

或包括以下步骤：

S1，求取激光诱导荧光芯片传感器标准曲线；

S2，求取化学发光芯片传感器标准曲线；

S3，BOD5自动化即时监测系统检测BOD5：软件控制开启泵，将待测水样吸入激光诱导荧光芯片传感器内进行BOD5检测后并清洗；再控制开启泵，将待测水样、Ru(phen)²⁺溶液和Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液吸入化学发光芯片传感器内形成待测水样混合物进行BOD5检测；根据激光诱导荧光芯片传感器标准曲线和化学发光芯片传感器标准曲线计算待测水样的BOD5检测值；并对激光诱导荧光芯片传感器和化学发光芯片传感器的检测结果加权即得到最终BOD5值；优选地，加权值为激光诱导荧光芯片传感器和化学发光芯片传感器的归一化后的结果平均值。

在本发明的一些实施方式中，所述泵的流量控制在500μL·min^-1。

在本发明的一些实施方式中，所述BOD5自动化即时监测系统需要控温，保持温度为20±0.5℃。

在本发明的一些实施方式中，所述求取激光诱导荧光芯片传感器标准曲线的方法为：采用10个吲哚类有机物标准品求取激光诱导荧光芯片传感器标准曲线，X轴为标准法检测吲哚类有机物标准品的BOD5值，Y轴为激光诱导荧光芯片传感器检测吲哚类有机物标准品的荧光值；

和/或求取化学发光芯片传感器标准曲线的方法为：采用10个吲哚类有机物标准品求取化学发光芯片传感器标准曲线，在每个吲哚类有机物标准品中加入一定浓度的Ru(phen)²⁺溶液、Ce(Ⅳ)溶液和H₂SO₄溶液，同时使用化学发光芯片传感器检测空白Ru(phen)²⁺溶液、Ce(Ⅳ)溶液和H₂SO₄溶液(I₀)和含有吲哚类有机物标准品的发光强度(I)，并计算其差值(ΔI)；X轴为标准法检测吲哚类有机物标准品的BOD5值，Y轴为差值(ΔI)。

在本发明的一些实施方式中，在固定水域的采样点，使用激光诱导荧光芯片传感器、BOD5自动化即时监测系统或化学发光芯片传感器快速检测多个水样的荧光值或发光值，求取其平均值a，将3a作为实际检测水样有效阈值，超过阈值的水样自动作为无效样品放弃。优选地，检测至少2000个水样。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤S2和S3中，选取多个浓度点的Ru(phen)²⁺溶液、Ce(Ⅳ)溶液和H₂SO₄溶液，在每个浓度点同时使用化学发光芯片传感器检测空白Ru(phen)²⁺溶液、Ce(Ⅳ)溶液和H₂SO₄溶液(I₀)和加入吲哚类有机物后的发光强度(I)，并计算其差值(ΔI)；ΔI会随Ru(phen)²⁺溶液、Ce(Ⅳ)溶液和H₂SO₄溶液的浓度不同而变化；优选Ru(phen)²⁺溶液的浓度为12μg·mg^-1，Ce(Ⅳ)溶液的浓度为0.12mM，H₂SO₄溶液的浓度为4mM。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过对可降解的特征有机物的进行光谱检测，实现BOD5实时监测，极大缩短标准法5天的检测时间。

(2)本发明提供的BOD5快速检测芯片传感器采用光谱检测，无需对样品前处理，极大简化了BOD5的检测工序，克服了标准法的繁杂前处理步骤的问题。

(3)本发明提供的BOD5快速检测芯片传感器是基于微流控芯片，并将光路部件全部浇筑在芯片内，实现了检测装置的小型化，相较标准法，极大缩小了检测器的体积和减小能耗，易于与其他水质参数的传感器集成，容易装配出水质多参数实时监测系统，为集成化传感器提供可能；且可以实现自动化检测和采样，为无人值守的BOD5监测站提供了可选的技术方案。

(4)本发明提供的BOD5快速检测芯片传感器联合激光诱导荧光和化学发光两种光谱检测，提高了检测结果的准确性和稳定性。

附图说明

图1本发明的快速检测BOD5的原理图；

图2本发明的实际水样中吲哚类有机物的荧光表征量与BOD5的含量的对比结果图；

图3本发明的实际水样中吲哚类有机物的荧光检测结果图；

图4本发明实施例1提供的LIF微流控芯片的示意图；

图5本发明实施例2提供的CLF微流控芯片的示意图；

图6本发明实施例3提供的O-LIF-Sensor示意图；

图7本发明实施例4提供的F-LIF-Sensor示意图；

图8本发明实施例5提供的I-LIF-Sensor示意图；

图9本发明实施例6提供的LIF-Sensor制作流程图；

图10本发明实施例7提供的I-LIF-Sensor检测BOD5结果图；

图11本发明实施例8提供的CLF-Sensor示意图；

图12本发明实施例9提供的CLF-Sensor检测BOD5结果图；

图13本发明实施例10提供的BOD5-insitu-autosystem示意图；

图14本发明提供的BOD5-insitu-autosystem检测原理示意图。

其中，附图标记为：

1-激光诱导荧光芯片传感器，11-LIF微流控芯片，111-LIF微流控芯片掩模，101-荧光注样孔，102-荧光进样通道，103-检测池，104-荧光出样通道，105-荧光出样口，106-荧光进样管，107-荧光出样管，108-第一盖层，109-第一基底层，110-第一芯片微通道，2-光纤型激光诱导荧光芯片传感器，201-紫外发光二极管，202-正负极引线，203-驱动器，204-光纤，205-第一滤光片，206-第二滤光片，207-F-LIF-Sensor模具，3-嵌入型激光诱导荧光芯片传感器，301-I-LIF-Sensor模具，302-硅胶管，303-硅片，4-正交型激光诱导荧光芯片传感器，401-激光器，402-二向分光镜，403-聚焦物镜，404-聚焦透镜，405-第一光电倍增管，406-锁相放大器，5-化学发光芯片传感器，51-CLF微流控芯片，511-CLF微流控芯片掩模，501-第一注样孔，502-第二注样孔，503-第一进样管，504-第二进样管，505-第一进样通道，506-第二进样通道，507-预混合通道、508-充分混合通道，509-化学发光出样通道，510-化学发光出样口，511-化学发光出样管，512-第二盖层，513-第二基底层，514-第二芯片微通道，515-第二光电倍增管，516-电压采集卡，6-显示终端，7-BOD5自动化即时监测系统，701-过滤嘴，702-进液管，703-蠕动泵，704-出液管，705-纯净水储罐，706-Ru(phen)²⁺溶液储罐，707-Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液储罐，708-电磁屏蔽壳，709-第一电磁阀，710-第二电磁阀，711-第三电磁阀，712-第四电磁阀，713-第五电磁阀，714-第六电磁阀。

具体实施方式

为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。

本发明提供了一种BOD5快速检测芯片传感器及其监测系统和检测方法，能实现快速稳定并实时的检测水体中的BOD5，为实时公布水体BOD5参数指标的需求提供了解决方案。

实施例1：LIF微流控芯片构建

如图4和图7所示，LIF微流控芯片11是由LIF微流控芯片掩模111经光刻技术制成的模具，后经覆膜、倒模后由两层PDMS第一基底层109和第一盖层108等离子键合而成。LIF微流控芯片11的第一芯片微通道110包括检测池103，所述检测池103一侧连通连接有荧光进样通道102，所述检测池103远离荧光进样通道102一侧连通连接有荧光出样通道104，所述荧光进样通道102远离检测池103一端连通设置有荧光注样孔101，所述荧光出样通道104远离检测池103一端连通设置有荧光出样口105，所述荧光注样孔101连通连接有荧光进样管106，所述荧光出样口105连通连接有荧光出样管107。

LIF微流控芯片11功能的实现是通过荧光进样管106吸取待测水样注入荧光注样孔101，待测水样经荧光进样通道102进入检测池103进行检测后，经荧光出样通道104、荧光出样口105和荧光出样管107流出作为废液，完成一次检测。

实施例2：CLF微流控芯片构建

如图5和图11所示，CLF微流控芯片51是由CLF微流控芯片掩模511经光刻技术制成的模具，后经覆膜、倒模后由PDMS第二盖层512与石英玻璃第二基底层513等离子键合而成。CLF微流控芯片51的第二芯片微通道514包括充分混合通道508，所述充分混合通道508一端连通连接有预混合通道507，所述充分混合通道508连通连接有化学发光出样通道509；所述预混合通道507远离充分混合通道508一端分别连通连接有第一进样通道505和第二进样通道506，所述第一进样通道505远离预混合通道507一端连通设置有第一注样孔501，所述第二进样通道506远离预混合通道507一端连通设置有第二注样孔502；所述化学发光出样通道509远离充分混合通道508一端连通设置有化学发光出样口510，所述第一注样孔501连通连接有第一进样管503，所述第二注样孔502连通连接有第二进样管504，所述化学发光出样口510连通连接有化学发光出样管511；所述第一进样管503用于通入Ru(phen)²⁺溶液和待测水样，所述第二进样管504用于通入Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液；所述充分混合通道508为圆盘型盘旋分布，所述第一进样通道505、第二进样通道506和预混合通道507为Y型分布。

CLF微流控芯片51功能的实现是通过第一进样管503吸取待测水样和Ru(phen)²⁺溶液的混合液注入第一注样孔501，Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液被吸入第二进样管504进入第二注样孔502，待测水样、Ru(phen)²⁺溶液和Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液经预混合通道507预先混合反应，再进入充分混合通道508充分混合反应成待测水样混合物进行检测，检测后经化学发光出样通道509、化学发光出样口510和化学发光出样管511流出作为废液，完成一次检测。圆盘型盘旋分布的充分混合通道508在保证混合效率的前提下，作为化学发光检测区域也增加了光程。

实施例3：正交型激光诱导荧光芯片传感器(O-LIF-Sensor)搭建

如图6所示，正交型激光诱导荧光芯片传感器4是由一套正交光学系统实现类吲哚有机物的激光诱导荧光检测。正交型激光诱导荧光芯片传感器4包括LIF微流控芯片11、驱动器203、激光器401、第一滤光片205、二向分光镜402、聚焦物镜403、第二滤光片206和聚焦透镜404、第一光电倍增管405、锁相放大器406和显示终端6；所述驱动器203与激光器401电连接，所述第一滤光片205、二向分光镜402和聚焦物镜403依次设置于激光器401下侧，且设置于检测池103上侧；所述第二滤光片206和聚焦透镜404依次沿二向分光镜402的水平方向设置；所述第一光电倍增管405设置于聚焦透镜404远离进光一侧；所述第一光电倍增管405、锁相放大器406和显示终端6依次电连接，所述锁相放大器406和驱动器203电连接。其中，第一滤光片205采用280nm滤光片，第二滤光片206采用350nm滤光片，显示终端6采用PC。

由驱动器203驱动激光器401工作，发射出280nm的激光，280nm的激光经280nm的第一滤光片205滤除激光中300-400nm的杂光，经第一滤光片205滤光后的280nm激光依次穿过二向分光镜402和聚焦物镜403后聚焦在LIF微流控芯片11的检测池103，检测池103内的待测水样受激发射出350nm的荧光穿过聚焦物镜403，准直后变为平行光，平行的350nm荧光经二向分光镜402反射后穿过350nm第二滤光片206滤除环境杂光，再经聚焦透镜404聚焦在第一光电倍增管405的检测窗口上，第一光电倍增管405对荧光信号接收并转化为电信号，转化后的电信号经锁相放大器406数字滤波和放大，得到最终信号值经换算由PC显示终端6显示荧光信号强度值，将荧光值根据激光诱导荧光芯片传感器标准曲线，计算得出待测水样的BOD5的值。

实施例4：光纤型激光诱导荧光芯片传感器(F-LIF-Sensor)搭建

如图7所示，由于实施例3提供的正交型激光诱导荧光芯片传感器4的激光器401、二向分光镜402价格昂贵，且该系统不太容易小型化，因此，用紫外发光二极管201替代激光器401，用光纤204替代二向分光镜402、聚焦物镜403和聚焦透镜404，是光纤型激光诱导荧光芯片传感器2实现小型化和降低检测器成本的策略。光纤型激光诱导荧光芯片传感器2包括LIF微流控芯片11、驱动器203、紫外发光二极管201、第一滤光片205、光纤204、第二滤光片206、第一光电倍增管405、锁相放大器406和显示终端6；所述驱动器203与紫外发光二极管201电连接，所述紫外发光二极管201设置于第一滤光片205上侧，且依次嵌设于检测池103上侧的第一盖层108中，所述第一滤光片205与第一芯片微通道110隔200μm的PDMS层；所述光纤204一端穿设于第一基底层109并悬空分布在检测池103中，所述第二滤光片206垂直设置于光纤204另一端，用于过滤光纤204导出的光信号；所述第一光电倍增管405设置于第二滤光片206远离进光一侧；所述第一光电倍增管405、锁相放大器406和显示终端6依次电连接，所述锁相放大器406和驱动器203电连接。其中，第一滤光片205采用280nm滤光片，第二滤光片206采用350nm滤光片，显示终端6采用PC。与正交型激光诱导荧光芯片传感器4相比，光纤型激光诱导荧光芯片传感器2的激发功率、抗干扰效果和采样效率都不占优势；为了提高激发效率，将紫外发光二极管201无限靠近检测池103，不需要二向分光镜402、聚焦物镜403和聚焦透镜404，最低成本地实现传感器小型化。

由驱动器203通过外部接线与正负极引线202连接并驱动紫外发光二极管201工作，发射出280±10nm的紫外光，280±10nm的激光经280nm第一滤光片205滤除紫外光中300-400nm的杂光，由于紫外发光二极管201和280nm第一滤光片205嵌入进PDMS第一盖层108内，与第一芯片微通道110只隔着一层薄薄的200μm的PDMS层，极大提高紫外光的透过率和激发效率，并且结构紧凑，体积较小；光纤204的采集头悬空于检测池103中央，光纤204的采集光路与紫外激发光路成90度相交，可以减小激发光源对检测信号造成干扰；光纤204导出采集的光信号，经过350nm第二滤光片206，选取出波长为350nm有效光信号，进入第一光电倍增管405的检测窗口进行光电信号转换，得到电压信号，经锁相放大器406进行数字滤波和放大，得到最终信号值经换算由PC显示终端6显示荧光信号强度值，将荧光值根据激光诱导荧光芯片传感器标准曲线，计算得出待测水样的BOD5的值。

实施例5：嵌入型激光诱导荧光芯片传感器(I-LIF-Sensor)搭建

如图8所示，为了进一步简化BOD5快速检测芯片传感器，嵌入型激光诱导荧光芯片传感器3是一种较好的选择。嵌入型激光诱导荧光芯片传感器3包括LIF微流控芯片11、驱动器203、紫外发光二极管201、第一滤光片205、第二滤光片206、第一光电倍增管405、锁相放大器406和显示终端6；所述驱动器203与紫外发光二极管201电连接，所述紫外发光二极管201设置于第一滤光片205上侧，且依次嵌设于检测池103上侧的第一盖层108中，所述第一滤光片205与第一芯片微通道110隔200μm的PDMS层；第二滤光片206嵌设于检测池103下侧的第一基底层109中，且无限靠近检测池103下方；所述第一光电倍增管405设置于第二滤光片206下侧；所述第一光电倍增管405、锁相放大器406和显示终端6依次电连接，所述锁相放大器406和驱动器203电连接。其中，第一滤光片205采用280nm滤光片，第二滤光片206采用350nm滤光片，显示终端6采用PC。

由驱动器203通过外部接线与正负极引线202连接并驱动紫外发光二极管201工作，发射出280±10nm的紫外光，280±10nm的激光经280nm第一滤光片205滤除紫外光中300-400nm的杂光，直接利用350nm第二滤光片206对发射的荧光进行过滤，由于350nm第二滤光片206内嵌在检测池103下方，可以减小环境光的干扰，最大化和最简化接收采集到的荧光信号；经过350nm第二滤光片206选取出波长为350nm有效光信号，进入第一光电倍增管405的检测窗口进行光电信号转换，得到电压信号，经锁相放大器406进行数字滤波和放大，得到最终信号值经换算由PC显示终端6显示荧光信号强度值，将荧光值根据激光诱导荧光芯片传感器标准曲线，计算得出待测水样的BOD5的值。

实施例6：激光诱导荧光芯片传感器(LIF-Sensor)制作

如图9所示，激光诱导荧光芯片传感器1的LIF微流控芯片11制作和装配包括第一盖层108和第一基底层109上下两层PDMS。不同的激光诱导荧光芯片传感器1的LIF微流控芯片11第一盖层108是一致的，它的制作流程如下：将带正负极引线202的紫外发光二极管201和280nm第一滤光片205和硅片303由上而下分别放置，在规定的位置放置硅胶管302留作荧光进样管106和荧光出样管107，而后用未固化的PDMS浇筑以上几个配件，待PDMS固化后，使最底层的硅片303脱模，由此，紫外发光二极管201、第一滤光片205和硅胶管302按照特定的结构固封在PDMS中形成第一盖层108。第一基底层109的制作流程如下：使用光刻技术制作F-LIF-Sensor模具207和I-LIF-Sensor模具301，光纤型激光诱导荧光芯片传感器2的光纤204需要插入F-LIF-Sensor模具207凸起通道的小孔内，后浇筑未固化的PDMS，待PDMS固化后，拔出光纤204并脱模，重新将光纤204插入带有光纤通道的第一基底层109内，然后，将第一盖层108和第一基底层109通过等离子键合键合在一块，装配组成光纤型激光诱导荧光芯片传感器2。而嵌入型激光诱导荧光芯片传感器3的第一基底层109在制作的I-LIF-Sensor模具301上方放置350nm第二滤光片206，后用未固化的PDMS浇筑，待PDMS固化后脱模，留下嵌有350nm第二滤光片206的第一基底层109，将第一盖层108和第一基底层109通过等离子键合键合在一块，装配组成嵌入型激光诱导荧光芯片传感器3。

实施例7：BOD5快速检测—嵌入型激光诱导荧光芯片传感器检测结果图

基于本发明的原理，初步搭建起如图8所示的嵌入型激光诱导荧光芯片传感器3，对60个水样采用嵌入型激光诱导荧光芯片传感器3进行检测得到荧光信号强度值，将荧光值根据激光诱导荧光芯片传感器标准曲线计算得到待测水样的BOD5值；再对同样的60个水样采用标准法检测出BOD5值；将标准法检测出的BOD5值作为X轴，嵌入型激光诱导荧光芯片传感器3进行检测得到荧光信号强度值作为Y轴，拟合出工作曲线，再将由荧光值根据激光诱导荧光芯片传感器标准曲线计算得到待测水样的BOD5值放入工作曲线中进行对比。

如图10所示，由荧光值根据激光诱导荧光芯片传感器标准曲线计算得到待测水样的BOD5值均匀分散在拟合工作曲线的两旁，说明基于本发明原理的激光诱导荧光芯片传感器1对待测水样的BOD5快速检测具有可行性。

实施例8：化学发光芯片传感器(CLF-Sensor)搭建

如图5和图11所示，化学发光芯片传感器5包括CLF微流控芯片51、第二光电倍增管515、电压采集卡516和显示终端6。所述第二光电倍增管515设置于CLF微流控芯片51的充分混合通道508下侧，所述充分混合通道508距离第二光电倍增管515不超过1mm。

待测水样和Ru(phen)²⁺的混合液通过CLF微流控芯片51的第一注样孔501注入第一进样通道505，Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液通过第二注样孔502注入第二进样通道506，待测水样、Ru(phen)²⁺和Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液流入预混合通道507内预先混合反应；再流入充分混合通道508进行充分混合反应成待测水样混合物并进行检测，由于待测水样中的类吲哚有机物有增强Ru(phen)²⁺-Ce(Ⅳ)的发光特性，由第二光电倍增管515将光信号转为电信号并被电压采集卡516得到电压值，最终信号经换算由显示终端6显示化学发光值，将检测到化学发光强度与同条件下空白的Ru(phen)²⁺-Ce(Ⅳ)发光强度对比，得到化学发光增强值，将化学发光增强值根据化学发光芯片传感器标准曲线，计算得出待测水样的BOD5的值。

实施例9：BOD5快速检测—化学发光芯片传感器检测结果图

基于本发明的原理，初步搭建起图11的化学发光芯片传感器5，对20个水样和空白Ru(phen)²⁺溶液、Ce(Ⅳ)溶液和H₂SO₄溶液采用化学发光芯片传感器5进行检测得到发光强度值(I)和空白发光强度值(I₀)，计算发光强度值(I)与空白发光强度值(I₀)的差值(ΔI)，将差值(ΔI)根据化学发光芯片传感器标准曲线计算得到待测水样的BOD5值；再对同样的20个水样采用标准法检测出BOD5值；将标准法检测出的BOD5值作为X轴，差值(ΔI)作为Y轴，拟合出工作曲线，再将由差值(ΔI)根据化学发光芯片传感器标准曲线计算得到待测水样的BOD5值放入工作曲线中进行对比。

如图12所示，由差值(ΔI)根据化学发光芯片传感器标准曲线计算得到待测水样的BOD5值均匀分散在拟合工作曲线的两旁，说明基于本发明原理的化学发光芯片传感器5对待测水样的BOD5快速检测具有可行性。

实施例10：BOD5自动化即时监测系统(BOD5-insitu-autosystem)搭建

在验证了本发明的激光诱导荧光芯片传感器1和化学发光芯片传感器5具有可行性和可靠性后，基于激光诱导荧光芯片传感器1和化学发光芯片传感器5的水体BOD5自动化即时监测系统7成为可能。如图13所示，BOD5自动化即时监测系统7包括激光诱导荧光芯片传感器1和化学发光芯片传感器5、进液管702和出液管704，所述进液管702与激光诱导荧光芯片传感器1的荧光进样管106想连通，所述激光诱导荧光芯片传感器1的荧光出样管107与化学发光芯片传感器5的第一进样管503相连通连接，纯净水储罐705和Ru(phen)²⁺溶液储罐706分别与进液管702连通连接，所述化学发光芯片传感器5的第二进样管504连通连接有Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液储罐707，所述出液管704与化学发光芯片传感器5的化学发光出样管511相连通连接，所述出液管704上设置有蠕动泵703，所述进液管702进口处连接设置有过滤嘴701，所述过滤嘴701为气石；所述进液管702、纯净水储罐705、Ru(phen)²⁺溶液储罐706、Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液储罐707、蠕动泵703、激光诱导荧光芯片传感器1、化学发光芯片传感器5和出液管704均密封设置于电磁屏蔽壳708内；所述进液管702处设置有第一电磁阀709，所述纯净水储罐705处设置有第二电磁阀710，所述Ru(phen)²⁺溶液储罐706处设置有第三电磁阀711，所述Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液储罐707处设置有第四电磁阀712，所述激光诱导荧光芯片传感器1处设置有第五电磁阀713，所述出液管704处设置有第六电磁阀714。

如图13和图14所示，气石作为进液管702的过滤嘴701，可以过滤掉水体大粒径的颗粒物，待测水样被初级过滤后通过进液管702进入，分两次进行检测，分别进行嵌入型激光诱导荧光芯片传感器3和化学发光芯片传感器5的水样检测；首先开启第一电磁阀709、第五电磁阀713和第六电磁阀714，启动蠕动泵703将待测水样吸入到嵌入型激光诱导荧光芯片传感器3中进行检测，进入第一光电倍增管405的检测窗口进行光电信号转换，得到电压信号，经锁相放大器406进行数字滤波和放大，得到最终信号值经换算由PC显示终端6显示荧光信号强度值，将荧光值根据激光诱导荧光芯片传感器标准曲线计算出待测水样中BOD5的值；再打开第二电磁阀710，关闭第一电磁阀709，进行嵌入型激光诱导荧光芯片传感器3通道清洗；然后进行化学发光芯片传感器5检测，先开启第一电磁阀709、第三电磁阀711、第四电磁阀712、第五电磁阀713和第六电磁阀714，启动蠕动泵703将待测水样、Ru(phen)²⁺溶液和Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液进行混合注入化学发光芯片传感器5中进行检测，由第二光电倍增管515将光信号转为电信号并被电压采集卡516得到电压值，最终信号经换算由显示终端6显示化学发光值，将检测到化学发光强度与同条件下空白的Ru(phen)²⁺-Ce(Ⅳ)发光强度对比，得到化学发光增强值，将化学发光增强值根据化学发光芯片传感器标准曲线计算出待测水样的BOD5的值；检测结束后，清洗检测通道，并让仪器处于休眠状态，待下一次检测时，则重复前面步骤。最后，将激光诱导荧光芯片传感器1和化学发光芯片传感器5的检测值进行加权，加权值为激光诱导荧光芯片传感器和化学发光芯片传感器的归一化后的结果平均值，即得到最终准确度较高的待测水样的BOD5值。本发明提供的BOD5自动化即时监测系统将有效提高BOD5的检测准确性和抗干扰性。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (21)

1.一种BOD₅快速检测芯片传感器，其特征在于，其包括独立或联合使用的激光诱导荧光芯片传感器和化学发光芯片传感器；所述激光诱导荧光芯片传感器包括激光诱导荧光微流控芯片，所述激光诱导荧光微流控芯片包括用于注入待测水样的第一芯片微通道；所述化学发光芯片传感器包括化学发光微流控芯片，所述化学发光微流控芯片包括用于注入待测水样混合物的第二芯片微通道；

所述待测水样混合物包括待测水样、Ru(phen)²⁺溶液和Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液；

所述BOD₅快速检测芯片传感器选取吲哚类有机物作为特征有机物。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述激光诱导荧光微流控芯片的第一芯片微通道包括检测池，所述检测池一侧连通连接有荧光进样通道，所述检测池远离荧光进样通道一侧连通连接有荧光出样通道，所述荧光进样通道远离检测池一端连通设置有荧光注样孔，所述荧光出样通道远离检测池一端连通设置有荧光出样口。

3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述荧光进样通道与荧光出样通道镜像对称分布；

和/或，所述荧光注样孔连通连接有荧光进样管，所述荧光出样口连通连接有荧光出样管。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的传感器，其特征在于，所述化学发光微流控芯片的第二芯片微通道包括充分混合通道，所述充分混合通道一端连通连接有预混合通道，所述充分混合通道另一端连通连接有化学发光出样通道；所述预混合通道远离充分混合通道一端分别连通连接有第一进样通道和第二进样通道，所述第一进样通道远离预混合通道一端连通设置有第一注样孔，所述第二进样通道远离预混合通道一端连通设置有第二注样孔；所述化学发光出样通道远离充分混合通道一端连通设置有化学发光出样口。

5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述第一注样孔连通连接有第一进样管，所述第二注样孔连通连接有第二进样管。

6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述第一进样管用于通入Ru(phen)²⁺溶液和待测水样，所述第二进样管用于通入Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液。

7.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述化学发光出样口连通连接有化学发光出样管。

8.根据权利要求1～3、5～7中任一项所述的传感器，其特征在于，所述激光诱导荧光芯片传感器还包括激光发射组件、荧光收集组件和荧光光谱检测组件，所述激光发射组件用于发射激光，所述荧光收集组件用于接收激光发射组件发射并穿过检测池的光信号，所述荧光光谱检测组件用于识别测定所述荧光收集组件接收到的光信号。

9.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述激光发射组件包括驱动器、发射源和第一滤光片，所述驱动器与发射源电连接，所述驱动器用于驱动所述发射源发射激光，所述荧光收集组件用于接收由发射源发射并依次穿过所述第一滤光片和检测池的激光。

10.根据权利要求9所述的传感器，其特征在于，所述荧光收集组件包括光纤型荧光收集组件、透镜聚焦型荧光收集组件或嵌入型荧光收集组件。

11.根据权利要求10所述的传感器，其特征在于，所述荧光光谱检测组件包括依次电连接的第一光电倍增管、锁相放大器和显示终端，所述第一光电倍增管用于对所述荧光收集组件接收到的光信号进行光电信号转化，所述锁相放大器用于对转化的电信号进行滤波和放大得到最终信号，所述显示终端用于显示最终信号。

12.根据权利要求11所述的传感器，其特征在于，所述光纤型荧光收集组件包括光纤和第二滤光片，所述光纤用于接收所述检测池中待测水样发射的荧光并传导光信号，所述光纤一端位于检测池中，所述第二滤光片垂直设置于所述光纤另一端并用于过滤所述光纤导出的光信号，所述第一光电倍增管接收过滤后的光信号并转化为电信号；

和/或，所述透镜聚焦型荧光收集组件包括二向分光镜、聚焦物镜、第二滤光片和聚焦透镜；穿过所述第一滤光片的激光依次穿过所述二向分光镜和所述聚焦物镜后聚焦在所述检测池，所述检测池中的待测水样发射出的荧光穿过所述聚焦物镜，经二向分光镜反射后穿过所述第二滤光片，再经所述聚焦透镜聚焦后被所述第一光电倍增管接收并转化为电信号；

和/或所述嵌入型荧光收集组件包括第二滤光片，所述第二滤光片用于过滤所述检测池中待测水样发射的荧光，所述第一光电倍增管接收过滤后的光信号并转化为电信号。

13.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述化学发光芯片传感器还包括化学发光光谱检测组件，所述化学发光光谱检测组件包括依次电连接的第二光电倍增管、电压采集卡和显示终端，所述第二光电倍增管用于对所述充分混合通道中的待测水样混合物所发出的光进行光电信号转化，所述电压采集卡用于采集转化的电信号并转化为电压值，得到最终信号，所述显示终端用于显示最终信号。

14.根据权利要求13所述的传感器，其特征在于，所述第二光电倍增管设置于所述充分混合通道下侧。

15.根据权利要求1～3、5～7、9～14中任一项所述的传感器，其特征在于，所述激光诱导荧光微流控芯片包括第一基底层和第一盖层，所述第一基底层和第一盖层封接在一起形成第一芯片微通道；

和/或，所述化学发光微流控芯片包括第二基底层和第二盖层，所述第二基底层和第二盖层封接在一起形成第二芯片微通道。

16.根据权利要求15所述的传感器，其特征在于，所述第一盖层为聚二甲基硅氧烷，所述第一基底层为聚二甲基硅氧烷或石英；

和/或，所述第二盖层为聚二甲基硅氧烷，所述第二基底层为聚二甲基硅氧烷或石英。

17.一种BOD₅自动化即时监测系统，其特征在于，其包括如权利要求1～16中任一项所述的BOD₅快速检测芯片传感器。

18.根据权利要求17所述的监测系统，其特征在于，所述监测系统包括串联的所述激光诱导荧光芯片传感器和所述化学发光芯片传感器，还包括进液管和出液管，所述进液管与激光诱导荧光芯片传感器的荧光进样管相连通连接，所述激光诱导荧光芯片传感器的荧光出样管与化学发光芯片传感器的第一进样管相连通连接，纯净水储罐和Ru(phen)²⁺溶液储罐分别与所述进液管连通连接，所述化学发光芯片传感器的第二进样管连通连接有Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液储罐，所述出液管与化学发光芯片传感器的化学发光出样管相连通连接，所述出液管上设置有泵。

19.一种如权利要求1～16中任一项所述的传感器或如权利要求17或18所述的监测系统在检测水体中BOD₅的应用。

20.一种使用如权利要求1～16中任一项所述的传感器或如权利要求17或18所述的监测系统对BOD₅快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

吸取待测水样进入激光诱导荧光微流控芯片中，经激光发射组件发光照射待测水样，荧光收集组件采集光信号，再由荧光光谱检测组件进行光电信号转换，检测计算出待测水样中BOD₅的值；

或包括以下步骤：

吸取待测水样、Ru(phen)²⁺和Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液进入化学发光微流控芯片中混合成待测水样混合物，化学发光光谱检测组件对待测水样混合物发出的光进行光电信号转换，检测计算出待测水样中BOD₅的值；

或包括以下步骤：

将待测水样吸入激光诱导荧光芯片传感器内进行BOD₅检测；再将待测水样、Ru(phen)²⁺溶液和Ce(Ⅳ)硫酸混合溶液吸入化学发光芯片传感器内进行BOD₅检测；并通过对激光诱导荧光芯片传感器和化学发光芯片传感器的检测结果加权，得出最终的BOD₅检测值。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法包括：求取激光诱导荧光芯片传感器标准曲线和/或求取化学发光芯片传感器标准曲线，通过激光诱导荧光芯片传感器标准曲线和/或化学发光芯片传感器标准曲线计算BOD₅的值。