CN115266613A - 一种基于陶瓷3d隧道集成芯片的检测系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于陶瓷3D隧道集成芯片的检测系统及其使用方法，包括陶瓷3D隧道集成芯片、注射泵、储液管，所述陶瓷3D隧道集成芯片包括从下往上为在外在压力下依次贴合的阀动片、下定片和上定片，上定片的下贴合面上设置有反应室，所述的下定片上设有使液体从外部进出下定片下贴合面的位于下定片中心的主孔、至少二个使液体从外部进出下定片下贴合面的通道、连通反应室的进液通孔、出液通孔，阀动片贴合面上设置有主连接槽和次连接槽，主连接槽一端连通主孔。另一方面本发明还提供一种所述基于陶瓷3D隧道集成芯片的自动化检测系统的使用方法。创造性的将微流控技术改造应用于水质等液体等常量检测。
Description
技术领域
本发明属于化学分析检测领域，具体涉及一种基于陶瓷3D隧道集成芯片的检测系统，还涉及一种基于陶瓷3D隧道集成芯片的检测系统的使用方法，适用于水质、食品、生物、医药、化工等领域的常量化学检测分析。
背景技术
目前的常量自动分析仪器一般是由输送泵、采样阀、反应器、加热器、检测器等部件组成，各部件之间通过管道和管接头连接，从而构成连通的检测流路，其存在硬件设备体积大、结构复杂、检测样品或试剂用量大、用电功率较大、操作复杂，同时运输难度和成本也高等问题。
现有市面上水质监测分析仪已有基于微流控技术进行检测的装置，诸如专利CN108072648A、CN208537406等，其微流控芯片中狭窄的微流道容易被堵塞，同时其微流道太小，不符合有些检测标准中要求的允许水质样品中的颗粒进入反应腔体，因此微流控技术难以应用到常量的水质分析中。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于陶瓷3D隧道集成芯片的检测系统及其使用方法，创造性的将微流控技术改造应用于水质等液体等常量检测，具体方案为。
一种基于陶瓷3D隧道集成芯片的检测系统，包括陶瓷3D隧道集成芯片、注射泵、储液管，所述陶瓷3D隧道集成芯片包括从下往上为在外在弹性压力下依次贴合的阀动片、下定片和上定片，上定片的下贴合面上设置有反应室，所述的下定片上设有使液体从外部进出下定片下贴合面的位于下定片中心的主孔、至少二个使液体从外部进出下定片下贴合面的通道、连通反应室的进液通孔、出液通孔，阀动片贴合面上设置有主连接槽和次连接槽，主连接槽一端连通主孔，在抽样时，主连接槽另一端连通所述通道，在进或出液状态时，主连接槽另一端连通进液通孔时，次连接槽连通出液通孔与所述通道，在反应时，次连接槽可连通进液通孔与出液通孔，所述的注射泵、储液管、主孔依次连接。本发明通过在将储液管与芯片连通，可以在抽样时分别抽取试样及试剂同时储存在储液管中，然后一次性的注入芯片，节省了操作步骤。
进一步的，芯片中还设置有用于加热试样的加热装置及用于检测液体比色分析的导光光纤或导光柱，导光光纤或导光柱的外端连接有光电检测装置中的光源与光电转换。将加热装置和光电检测装置设置在芯片上，简化了结构。
进一步的，芯片中还设置有降低液体温度的降温装置。将降温装置设置在芯片中，简化了结构，节省了试验时间。
进一步的，芯片中设置有用于检测液体温度的测温装置。将测温装置设置在芯片中，简化了结构，可以有效的控制反应。
进一步的，还包括单向阀，注射泵分别与单向阀、储液管连接，单向阀与水管连通。通过单向阀的使用，可以方便的清洗芯片。
一种基于陶瓷3D隧道集成芯片的检测系统的使用方法，包括如下步骤：
第一步清洗：旋转阀动片，使主连接槽处于关闭状态，打开单向阀，通过注射泵抽取蒸馏水，再旋转阀动片，使芯片反应室处于进、出液状态，将蒸馏水输入反应室中；
第二步水样及试剂抽样：旋转阀动片，使芯片处于抽样状态，主连接槽另一端分别与水样、反应试剂的通道连通，通过注射泵分别抽取一定量的水样及反应试剂进入储液管中。
第三步水样及试剂进液：旋转阀动片，使芯片处于进液状态，通过注射泵将储液管中的液体输入反应室中。
第四步反应：旋转阀动片，关闭反应室，使芯片处于反应状态，通过加热装置对反应室进行加热。
第五步检测：通过光电检测装置检测反应室的液体参数。
第六步检测结束后排液：旋转阀动片，使芯片处于进、出液状态，排出液体。
本发明提供的上述使用方法，各步骤可以根据需要进行重复操作。
进一步的，所述使用方法还包括检测后清洗：通过旋转阀动片，使反应室进出通道处于关闭状态；打开单向阀，使注射泵抽取水，然后关闭单向阀，使阀动片转动，芯片反应室处于进、出液状态，将储液管中的水输入反应室中。
进一步的，在对试样加热时，通过测温装置测量试样的温度。
进一步的，水样及试剂反应完成后，通过降温装置对反应室进行降温。
本发明还提供一种基于陶瓷3D隧道集成芯片的检测系统的应用，所述检测系统可应用于水质、食品、生物、医药、化工等领域的常量化学检测分析。本发明的有益效果：
本发明提供的一种基于陶瓷3D隧道集成芯片的检测系统可将样品分析中的采样、进样、反应、检测、清洗等多种功能集成在一个通过自身结构连接的装置上，创造性的将高温高压密闭消解、混合反应、光电检测等难题集成在体积小、零部件少、试剂使用量少、体积小的陶瓷3D隧道集成芯片上，解决了常量自动分析仪器中采样阀、反应器、加热器、检测器等部件为分开独立的部件，存在硬件设备体积大、结构复杂、检测样品或试剂用量大、用电功率较大、操作复杂，运输难度和成本也高等问题。
附图说明
图1为本发明的阀动片立体示意图。
图2为本发明的阀动片俯视示意图。
图3为本发明的阀动片仰视示意图。
图4为本发明的下定片正面立体示意图。
图5为本发明的下定片背面立体示意图。
图6为本发明的下定片俯视示意图。
图7为本发明的下定片仰视示意图。
图8为本发明的下定片A-A向剖视示意图。
图9为本发明的上动片立体示意图。
图10为本发明的上动片仰视示意图。
图11为本发明的上动片俯视示意图。
图12为本发明的上动片B-B剖视示意图。
图13为本发明的基于陶瓷3D隧道集成芯片的检测系统示意图。
注：1、主连接槽；2、减摩槽；3、次连接槽；4、光电定位结构；5、连接结构；6、进液通孔；7、第一连接通孔；8、第一定位孔；9、第二定位孔；10、溢流槽；11、主孔；12支孔；13、液体流道；14出液通孔；15、螺纹孔；16、进液缺口；17排液槽；18、环形凹槽；19、检测通道；20、反应室；21、第三定位孔；22、加热槽；23线槽；24、测温孔；25、废液支孔；26、单向阀；27、储液管；28、注射泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，但所描述的实施例仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种基于陶瓷3D隧道集成芯片的检测系统，包括陶瓷3D隧道集成芯片、注射泵28、单向阀26、储液管27、加热装置、降温装置、光电检测装置。所述的注射泵28分别与单向阀26、储液管27连接，所述的储液管27与陶瓷3D隧道集成检测芯片连接(如图13所示)。
所述陶瓷3D隧道集成芯片由陶瓷基质制备而成，包括从下往上为在外在弹性压力下依次贴合的阀动片、下定片和上定片、用于驱动阀动片在下定片贴合面上转动的驱动装置。所述的贴合面均采用研磨处理，并外加弹性压力使各贴合面紧密贴合，所述的压力大小设置为既能使阀动片、下定片和上定片贴合面紧密贴合从而防止液体溢出，又能避免摩擦阻力过大。所述的阀动片、下定片和上定片可以为分别独立的结构，或下定片和上定片也可以为一体成型结构。所述的阀动片、下定片和上定片为分别独立的结构时，所述上定片与下定片具有对应的连接通孔，可通过螺栓等连接固定。所述的阀动片与电机连接，可相对下定片旋转运动。所述上定片还设有加固装置，可以使上定片上表面附加结构与上定片稳固连接，又可以使阀动片、下定片和上定片紧密贴合。
如图1-图3所示，所述的阀动片包括3个部分，分别为圆形的上端部，阀动片中部，及下端部。所述下端部设有一圈光电定位结构4。所述上端部端面设有主连接槽1、减摩槽2、次连接槽3，所述的减摩槽2可以起到减小阀动片摩擦阻力的作用。所述阀动片下端部底面中部设有连接结构5，所述的连接结构5延伸至中部，用于与驱动装置固定配合连接，本实施例中采用电机作为驱动装置。
如图4-图8所示，所述下定片上端面设有两个第一定位孔8，所述第一定位孔8为非通孔及三个沿圆周方向均匀分布的第一连接通孔7(如图4)。下定片下端面中部设有与阀动片上端部端面贴合的圆形连接部，所述圆形连接部与阀动片上端部端面大小相同。所述圆形连接部外圈设置有圆环形溢流槽10以及至少一个径向槽，溢流槽10与径向槽连通，该结构可以起到使溢出阀动片上端部贴合面的液体流出本装置。在液体溢出阀动片上端部贴合面后，液体流入溢流槽10，通过径向槽流出本装置。所述下定片下端部，位于溢流槽10外侧位置还设有两个第二定位孔9，所述的第二定位孔9为非通孔(如图5)。
进一步的，所述的圆形连接部中心设有使液体从外部进出下定片下贴合面的主孔11。主孔11周边可以根据需要设置至少一个使液体从外部进出下定片下贴合面的通道，本实施例中所述通道为若干支孔12，支孔12可以是废液支孔或空气支孔或试剂支孔或样品支孔。所述主孔11与支孔12可通过阀动片上的主连接槽1连通。主连接槽1的一端与主孔11连通，另一端与支孔12连通。所述下定片侧面沿径向设有与主孔11或支孔12相连通的若干液体接孔，所述主孔11或支孔12与液体接孔呈﹄形结构连通，具体的液体接孔有液体流道13、及样品接口或若干试剂接口等。所述液体流道13与液流装置连接，所述的液流装置包括储液管27和注射泵28，所述注射泵28可定量取液进入储液管27中。所述的主孔11与液体流道13连通。
进一步的，所述圆形连接部上还设有相邻的进液通孔6和出液通孔14，所述进液通孔6可以为直孔也可以为斜孔，所述出液通孔14也可以为直孔或斜孔。如图7所述进液通孔6和出液通孔14均为斜孔，该结构可以实现下定片下端面圆形连接部空间的节省，也可以使下定片上端面的进液通孔6和出液通孔14设置在适当位置，以便与上定片相应结构对应。主连接槽1一端连通主孔11，主连接槽1另一端连通进液通孔6时，次连接槽3连通出液通孔和通道，使芯片处于进出液状态。在反应时所述次连接槽3可连通进液通孔6与出液通孔14。主连接槽1另一端也可连通所述通道既支孔12，使主孔11和支孔12连通，将支孔12中的液体或气体抽入主孔11中，由于储液管27与主孔11连通，可使气液体进入储液管27中。
进一步的，所述出液通孔14旁还设有废液支孔25。所述废液支孔25可通过次连接槽3与出液通孔14连通，用于反应室20中的液体出入。
如图9-图12所示，所述上定片设有与第一连接通孔7相对应的沿圆周方向均匀分布的3个第二连接通孔。上定片沿圆周方向靠近第二连接通孔处还均匀分布三个螺纹孔15。所述的第一连接通孔7与第二连接通孔通过连接部件连接，所述连接部件可以为具有韧性材质，不仅能起到连接作用，也可以解决陶瓷材质的易脆性的问题，可增加上定片和下定片的使用时间。
上定片的下贴合面上设置有反应室20。所述反应室20一端靠近贴合面部设有进液缺口16，所述进液缺口16与进液通孔6对应连通，用于液体进入反应室20。所述反应室20在上定片的贴合面上设有排液槽17，所述反应室20的液体可进入排液槽17。进一步的，所述反应室20的液体也通过其他结构进入排液槽17。例如可以为设置在反应室20侧壁上的孔通道，孔通道一端与反应室20连通，另一端与排液槽17前端部连通。所述排液槽17的末端部与出液通孔14连通。所述进液通孔6可与主连接槽1的另一端对应连通，所述排液槽17的末端部与出液通孔14对应连通。
本实施例中的芯片具有三种状态：1、抽样状态，主连接槽1的另一端与试剂支孔或水样支孔连通，使试剂支孔或水样支孔、主连接槽1、主孔11、液体流道13依次连通，将试剂或水样抽取到液体流道13中；2、进或出液状态，主连接槽1的另一端连通进液通孔6，次连接槽3连通出液通孔14和废液支孔，使液体流道13、主孔11、主连接槽1、进液通孔6、反应室20、出液通孔14、次连接槽3、废液支孔依次连通，使试剂、水样进入或排出反应室20；3、反应状态，反应室处于密封状态，次连接槽3可连通进液通孔6和出液通孔14，使反应室20中的试样沿反应室20、出液通孔14、次连接槽3、进液通孔14循环，使反应更充分、迅速。
本发明的芯片上下连接稳固后，使用时将芯片水平放置，使反应室20的进液缺口16位于反应室20的下端，排液槽17前端部(排液出液口)位于反应室的上端，使有利于液体进入量的精确定量控制等。
进一步的，所述排液槽17和反应室20外部设有一环形凹槽18，环形凹槽18中设置有与环形凹槽18相适应的密封圈。进一步的，所述上定片下端面部还设有第三定位孔21，所述第三定位孔21为非通孔。
如图11所示，所述上定片上端部设有加热装置，所述加热装置包括与反应室20相对应的加热槽22、位于加热槽22内的加热片。加热装置用于对反应室20加热。所述加热片导线位于线槽23处。上定片上还设置有测温装置，所述测温装置设置在上定片上加热槽22一侧的测温孔24，测温孔24为非通孔，用于测量反应室20的温度。
所述储液管27与阀动片的液体流道13连通，液体流道13和主孔11连通。
所述的降温装置设置在上定片，用于降低上定片的温度，达到降低检测液体的效果。
所述的光电检测装置包括设置在所述反应室20两侧部且位于同一直线的贯穿上定片的检测通道19以及检测设备，所述检测设备位于检测通道19外，用于检测反应室20内的液体数据，例如可以在一个检测通道19中放置光纤(或光柱)，光纤一端接反应室的被测液，另一端接光源或光谱仪发射端，在另一个检测通道19中放置光纤(或光柱)，光纤一端接反应室的被测液，另一端接光电转换器或光谱仪接收端，通过比色来检测液体浓度。
本发明还提供如上所述基于陶瓷3D隧道集成芯片的检测系统的部分使用方法，包括如下步骤：
做样前清洗：通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使陶瓷3D隧道集成芯片处于消解反应状态，打开单向阀26，注射泵28往下运动抽取蒸馏水，然后关闭单向阀26，通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使陶瓷3D隧道集成芯片的反应室20处于进、出液状态，将储液管27中液体输入上定片的反应室20中，达到清洗储液管27及反应室20的作用；
加入水样及反应试剂：关闭单向阀26，通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使主连接槽1分别与水样、反应试剂的支孔12连通，注射泵28往下运动分别精确抽取一定量的水样及反应试剂通过主连接槽1进入主孔11，再通过主孔11进入液体流道13的储液管27中，驱动装置旋转阀动片，使主连接槽1的外端与进液通孔6连通，将储液管27中液体输入上定片的反应室20中；
消解反应：通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使反应室20密封，陶瓷3D隧道集成芯片处于消解反应状态，通过上定片上的加热装置，对反应室20进行加热，加热温度为60-175℃与加热时间为10min按预设进行，通过上定片上的测温孔24对反应室20的温度进行测量；
加入相应显色试剂：关闭单向阀26，通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使主连接槽1的外端分别与显色试剂的支孔12连通，注射泵28往下运动分别抽取一定量的显色剂通过主连接槽1进入主孔11，再通过主孔11进入储液管27中，驱动装置旋转阀动片，使主连接槽1的外端与进液通孔6连通，将储液管27中液体输入上定片的反应室20中；
进气混合，关闭单向阀26，通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使主连接槽1的外端与空气支孔12连通，注射泵28往下运动分别抽取一定量的空气通过主连接槽1进入主孔11，再通过主孔11进入储液管27中，驱动装置旋转阀动片，使主连接槽1的外端与进液通孔6连通，将储液管27中空气输入上定片的反应室20中，根据需要调整重复次数；
检测反应数据：通过光电检测装置检测反应室20的液体参数，并输出测量数值；
检测结束后排液：旋转阀动片，主连接槽1的外端与进液通孔6连通，使次连接槽3将出液通孔14与废液支孔25连通，从而排出液体。
下面结合具体实施例予以说明：
一种基于陶瓷3D隧道集成芯片的检测系统，包括微流控集成芯片、注射泵28、单向阀26、加热装置、降温装置、驱动装置和光电检测装置，注射泵28的一进液口通过连接管与单向阀26一端连通，单向阀26另一端连接蒸馏水，注射泵28的另一端通过储液管27与陶瓷3D隧道集成芯片的中心孔11连通。
应用实施例1
一种基于陶瓷3D隧道集成芯片的自动化水质总磷检测系统，通过如下步骤实现总磷的检测。
(1)样前清洗：通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使陶瓷3D隧道集成芯片阀动片的主连接槽1处于关闭状态，打开单向阀26，注射泵28往下运动抽取蒸馏水，然后关闭单向阀26，通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使陶瓷3D隧道集成芯片反应室20处于进、出液状态，将储液管27中的蒸馏水输入上定片的反应室20中，达到清洗储液管27及反应室20以及排出注射泵28、储液管27、反应室20中空气的作用。
(2)水样及试剂抽取：关闭单向阀26，通过驱动装置带动阀动片旋转转动使芯片处于抽样状态，主连接槽1的另一端分别与水样和过硫酸钾消解液试剂的支孔12连通，注射泵28往下运动分别抽取一定量的水样及过硫酸钾消解液试剂通过主连接槽1进入主孔11，再通过主孔11进入液体流道13的储液管27中。
(3)水样及试剂进液：驱动装置旋转阀动片，使芯片反应室20处于进、出液状态，将储液管27中的液体输入反应室20中。
(4)消解反应：通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使芯片反应室20处于关闭状态，将反应室20密封，通过如图11所示的在上定片上端部与反应室20相对应的加热槽22内设置的加热片，对反应室20进行加热，加热温度为110℃，时间为10min，通过加热槽22一侧的测温孔24对反应室20的温度进行测量。
(5)降温：加热消解反应完成后，通过降温装置对反应室进行降温，待降至50℃。
(6)显色剂及还原剂抽取：关闭单向阀26，通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使主连接槽1的另一端分别与钼酸铵显色剂和抗坏血酸还原剂的支孔12连通，注射泵28往下运动分别抽取一定量的钼酸铵显色剂和抗坏血酸还原剂通过主连接槽1进入主孔11，再通过主孔11进入液体流道13的储液管27中。
(7)显色剂及还原剂进液：驱动装置旋转阀动片，使主连接槽1的另一端与进液通孔6连通，将储液管27中的液体定量输入反应室20中。
(8)抽气：关闭单向阀26，通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使主连接槽1的另一端与空气支孔12连通，注射泵28往下运动分别抽取一定量的空气通过主连接槽1进入主孔11，再通过主孔11进入液体流道13的储液管27中。
(9)进气混合：驱动装置旋转阀动片，使主连接槽1的另一端与进液通孔6连通，将储液管27中的空气输入反应室20中混合反应液，根据需要调整重复次数。
(10)反应：驱动装置旋转阀动片，使芯片反应室20处于关闭状态，进行反应。
(11)检测：通过检测通道19检测反应室20的液体参数，并输出测量的总磷浓度值。
(12)排液：检测结束后，旋转阀动片使芯片的反应室20处于出液状态，主连接槽1的另一端与进液通孔6连通，次连接槽3连通出液通孔14和废液支孔25，注射泵28抽吸反应室20反应液至储液管27，再使主连接槽1转至废液支孔25，注射泵28推出反应液至废液管。
应用实施例2
一种基于陶瓷3D隧道集成芯片的自动化水质总氮检测系统，具体步骤如下所示。
(1)样前清洗：通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使陶瓷3D隧道集成芯片动片的主连接槽1处于关闭状态，打开单向阀26，注射泵28往下运动抽取蒸馏水，然后关闭单向阀26，通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使陶瓷3D隧道集成芯片反应室20处于进、出液状态，将储液管27中的蒸馏水输入上定片的反应室20中，达到清洗储液管27及反应室20以及排出注射泵28、储液管27、反应室20中空气的作用。
(2)水样及试剂抽取：关闭单向阀26，通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使阀动片主连接槽1的另一端分别与待测样品和碱性过硫酸钾消解液的支孔12连通，注射泵28分别抽取一定量的待测样品及过硫酸钾消解液通过主连接槽1进入主孔11，再通过主孔11进入液体流道13的储液管中。
(3)水样及试剂进液：驱动装置旋转阀动片，使主连接槽1的另一端与进液通孔6连通，将储液管27中液体输入反应室20中。
(4)消解反应：通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使反应室20关闭，通过如图11所示的在上定片上端部与反应室20相对应的加热槽22内设置的加热片，对反应室20进行加热，加热温度为130℃，时间为10min，通过加热槽22一侧的测温孔24对反应室20的温度进行测量。
(5)降温：加热消解反应完成后，通过降温装置对反应室进行降温，待降至50℃。
(6)显色剂及试剂抽取：关闭单向阀26，通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使主连接槽1的另一端分别与间苯二酚显色剂及浓硫酸溶液的支孔12连通，注射泵28分别抽取一定量的间苯二酚显色剂及浓硫酸溶液通过主连接槽1进入主孔11，再通过主孔11进入液体流道13的储液管27中。
(7)显色剂及试剂进液：驱动装置旋转阀动片，使主连接槽1的另一端与进液通孔6连通，将储液管中液体输入反应室20中。
(8)抽气：关闭单向阀26，通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使主连接槽1的另一端与空气支孔12连通，注射泵28分别抽取一定量的空气通过主连接槽1进入主孔11，再通过主孔11进入液体流道13的储液管27中。
(9)进气混合：驱动装置旋转阀动片，使主连接槽1的另一端与进液通孔6连通，将储液管27中的空气输入反应室20中，根据需要调整重复次数。
(10)反应：驱动装置旋转阀动片，使芯片处于反应室关闭状态，进行反应。
(11)数据检测：通过检测通道19检测反应室20的液体参数，并输出测量的总氮浓度值。
(12)排液：检测结束后，旋转阀动片使芯片处于出液状态，主连接槽1的另一端与进液通孔6连通，次连接槽3连通出液通孔14和废液支孔25，注射泵28抽吸反应室反应室20反应液至储液管27，再使主连接槽转至废液支孔25，注射泵28推出反应液至废液管。
应用实施例3
一种基于陶瓷3D隧道集成芯片的自动化水质化学需氧量检测系统，具体步骤如下所示。
(1)样前清洗：
通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使陶瓷3D隧道集成芯片动片的主连接槽1处于关闭状态，打开单向阀26，注射泵28往下运动抽取蒸馏水，然后关闭单向阀26，通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使陶瓷3D隧道集成芯片处于反应室进、出液状态，将储液管27中的蒸馏水输入上定片的反应室20中，达到清洗储液管27及反应室20以及排出注射泵28、储液管27、反应室20中空气的作用。
(2)水样及试剂抽取：关闭单向阀26，通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使主连接槽1的另一端分别与水样、掩蔽剂、氧化剂、催化剂的支孔12连通，注射泵28分别抽取一定量的水样、掩蔽剂、氧化剂、催化剂通过主连接槽1进入主孔11，再通过主孔11进入液体流道13的储液管27中。
(3)水样及试剂进液：驱动装置旋转阀动片，使主连接槽1的另一端与进液通孔6连通，将储液管27中液体输入反应室20中。
(4)消解反应：通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使反应室20关闭，通过如图11所示的在上定片上端部与反应室20相对应的加热槽22内设置的加热片，对反应室20进行加热，加热温度为175℃，时间为10min，通过加热槽22一侧的测温孔24对反应室20的温度进行测量。
(5)降温：加热消解反应完成后，通过降温装置对反应室进行降温，待降至50℃。
(6)检测：通过检测通道19检测反应室20的液体参数，并输出测量的化学需氧量浓度值。
(7)排液：检测结束后，旋转阀动片使芯片处于出液状态，主连接槽1的另一端与进液通孔6连通，次连接槽3连通出液通孔14和废液支孔25，注射泵28抽吸反应室反应室20反应液至储液管27，再使主连接槽转至废液支孔25，注射泵28推出反应液至废液管。
应用实施例4
一种基于陶瓷3D隧道集成芯片的自动化水质氨氮检测系统，具体步骤如下所示。
(1)样前清洗：
通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使陶瓷3D隧道集成芯片动片的主连接槽处于关闭状态，打开单向阀26，注射泵28往下运动抽取蒸馏水，然后关闭单向阀26，通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使陶瓷3D隧道集成芯片处于反应室进、出液状态，将储液管27中的蒸馏水输入上定片的反应室20中，达到清洗储液管27及反应室20以及排出注射泵28、储液管27、反应室20中空气的作用。
(2)抽取水样和水杨酸、次氯酸钠、显色剂溶液：关闭单向阀26，通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使主连接槽1的另一端分别与水样、水杨酸、次氯酸钠、显色剂溶液的支孔12连通，注射泵28分别抽取一定量的水样、水杨酸、次氯酸钠、显色剂溶液通过主连接槽1进入主孔11，再通过主孔11进入液体流道13的储液管27中。
(3)进液：驱动装置旋转阀动片，使主连接槽1的另一端与进液通孔6连通，将储液管27中液体输入反应室20中。
(4)消解反应：通过驱动装置带动阀动片旋转转动，使芯片处于反应状态，反应室20密封，通过如图11所示的在上定片上端部与反应室20相对应的加热槽22内设置的加热片，对反应室20进行加热，加热温度为60℃，时间为10min，通过加热槽22一侧的测温孔24对反应室20的温度进行测量。
(5)降温：加热消解反应完成后，通过降温装置对反应室进行降温，待降至50℃。
(6)检测：通过检测通道19检测反应室20的液体参数，并输出测量的氨氮浓度值。
(7)排液：检测结束后，旋转阀动片使芯片处于出液状态，主连接槽1的另一端与进液通孔6连通，次连接槽3连通出液通孔14和废液支孔25，注射泵28抽吸反应室20反应液至储液管27，再使主连接槽转至废液支孔25，注射泵28推出反应液至废液管。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于陶瓷3D隧道集成芯片的检测系统，其特征在于：包括陶瓷3D隧道集成芯片、注射泵、储液管，所述陶瓷3D隧道集成芯片包括从下往上为在外在压力下依次贴合的阀动片、下定片和上定片，上定片的下贴合面上设置有反应室，所述的下定片上设有使液体从外部进出下定片下贴合面的位于下定片中心的主孔、至少二个使液体从外部进出下定片下贴合面的通道、连通反应室的进液通孔、出液通孔，阀动片贴合面上设置有主连接槽和次连接槽，主连接槽一端连通主孔，在抽样时，主连接槽另一端连通所述通道，在进或出液状态时，主连接槽另一端连通进液通孔时，次连接槽连通出液通孔与所述通道，在反应时，次连接槽可连通进液通孔与出液通孔，所述的注射泵、储液管、主孔依次连接。
2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：芯片中还设置有用于加热试样的加热装置及用于比色分析的导光光纤，导光光纤用于连接检测装置中的光源与光电转换器。
3.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于：所述芯片上还设置有降低液体温度的降温装置。
4.根据权利要求3所述的检测系统，其特征在于：所述芯片中设置有用于检测液体温度的测温装置。
5.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于：所述自动化检测系统还包括单向阀，注射泵分别与单向阀、储液管连接，单向阀与水管连通。
6.一种如权利要求5所述基于陶瓷3D隧道集成芯片的检测系统的使用方法，包括如下步骤，
(1)清洗：旋转阀动片，使芯片主连接槽处于关闭状态，打开注射泵连接蒸馏水管道间的单向阀，通过注射泵抽取蒸馏水，再旋转芯片阀动片，使芯片反应室处于进、出液状态，将蒸馏水输入反应室中；
(2)水样及试剂抽样：旋转阀动片，使芯片处于抽样状态，主连接槽另一端分别与水样、反应试剂的通道连通，通过注射泵分别抽取一定量的水样及反应试剂进入储液管中；
(3)水样及试剂进液：旋转阀动片，使芯片处于进液状态，将储液管中的液体输入反应室中；
(4)反应：旋转阀动片，使反应室进出通道处于关闭状态，，通过加热装置对反应室进行加热；
(5)检测：通过光电检测装置检测反应室内试液的吸光度；
(6)检测结束后排液：旋转阀动片，使芯片反应室处于进、出液状态，排出液体。
7.根据权利要求6所述使用的方法，其特征在于：所述使用方法还包括检测后清洗：通过旋转阀动片，使反应室进出通道处于关闭状态；打开单向阀，使注射泵抽取水，然后关闭单向阀，使阀动片转动，芯片反应室处于进、出液状态，将储液管中的水输入反应室中。
8.根据权利要求6所述使用的方法，其特征在于：所述反应阶段，在对液体加热时，通过测温装置测量液体的温度。
9.根据权利要求6所述使用的方法，其特征在于：所述水样及试剂反应完成后，通过降温装置对反应室进行降温。
10.一种如权利要求1-5任一所述基于陶瓷3D隧道集成芯片的检测系统的应用，其特征在于：所述检测系统可应用于水质、食品、生物、医药、化工等领域的常量化学检测分析。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |