CN116183846A - 一种便携式微流控水质检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式微流控水质检测仪，包括：箱体，其上设有可打开的箱门；消解机构，用于承载消解瓶并对其中液体进行消解作业；转移机构，用于将消解机构进行姿态调整及位置转移；盘芯片，设于消解机构下方，用于承放液囊及转移后的消解瓶并使得多路样品液体混合；光电检测模块，用于向混合后的样品液体中发射不同波长光斑进行元素识别检测；本发明通过微流控盘芯片技术标准化地将取样、高温密闭消解、定量、分步混合试剂、反应和显色、光电检测等流程全部集成到一张尺寸几厘米的扇形芯片上，只需放入芯片，加入水样，一键自动化完成COD、总磷、总氮和氨氮等各指标的检测，适应于实验室、车载和野外应急监测等复杂应用场景。

Description

一种便携式微流控水质检测仪

技术领域

本发明涉及水质检测技术领域，尤其涉及一种便携式微流控水质检测仪。

背景技术

传统的水质检测指标(如总磷、总氮、氨氮、COD等)，通常为在实验室中进行，需要严格控制反应环境温度、分光光度计人工对比，手动进行一系列操作等。

现有检测技术基本要在检测水域部分采样后将样本送回实验室由专门实验人员进行检测，成本高昂、检测效率受人为影响较大、时效性长，不便于户外环境下临时水质检测，且操作繁琐，导致检测效率低的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种便携式微流控水质检测仪，旨在解决现有的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种便携式微流控水质检测仪，包括：

箱体，其上设有可打开的箱门；

消解机构，用于承载消解瓶并对其中液体进行消解作业；

转移机构，与消解机构连接，用于将消解机构进行姿态调整及位置转移；

盘芯片，设于消解机构下方，用于承放液囊及转移后的消解瓶并使得多路样品液体混合；

光电检测模块，用于向混合后的样品液体中发射不同波长光斑进行元素识别检测。

进一步地，所述消解机构包括安装座，所述安装座前侧设有安装块，所述安装块前侧至少设有一个用于承载消解瓶的消解夹爪，所述消解夹爪上设有与消解瓶适配的凹槽，且其内腔设有用于固定消解瓶的定位结构，所述消解夹爪内设有消解片，所述消解片一侧设有与其连接的测温元件。

进一步地，所述消解片采用陶瓷结构，且其内部引线使用0.5mm镍丝。

进一步地，所述转移机构包括导向座，所述导向座上设有直线导轨，所述安装块与直线导轨滑动配合，所述导向座上设有直线驱动机构，用于驱使安装块沿竖向移动；

还包括设于安装块后侧的步进电机，所述步进电机的输出端与安装块连接，用于驱使安装块进行姿态调整。

进一步地，还包括刺破杆，所述刺破杆设置于安装块上，位于消解夹爪的侧后方，所述刺破杆的延伸方向与消解夹爪上放置消解瓶的延伸方向呈90°夹角，用于刺破位于盘芯片上的液囊。

进一步地，所述盘芯片包括呈扇形结构的本体，所述本体上分别设有消解瓶套筒和液囊套筒，所述消解瓶套筒与定量池连通，所述定量池一侧设有导液通道，所述导液通道与液囊套筒连通，且所述导液通道通过离心通道与定量池连通，所述导液通道一侧设有与其连通的检测池；

所述消解瓶套筒和液囊套筒内腔底部分别设有消解瓶刺针和液囊刺针，所述定量池两侧均设有与其连通的废液池。

进一步地，所述盘芯片放置于离心底座上，所述离心底座通过其底部设置的离心电机驱动，所述盘芯片内盛放液体的离心过程具有高速离心、低速离心以及位置定位三种状态。

进一步地，所述离心底座上表面设有至少两个靠近外沿的限位块，两个所述限位块与离心底座中心的连线以及离心底座外沿经过两个限位块之间的线段连接形成的扇形区域内设有至少一个L型卡块，所述盘芯片上两弧角处开设有与限位块适配的卡槽，所述盘芯片上开设有与L型卡块位置对应且适配的L型卡槽。

进一步地，所述安装座上设有与消解夹爪同侧的限位杆，所述限位杆通过气缸控制伸出与缩回，且所述限位杆设有两个用于限位安装块。

本发明的有益效果体现在：

本发明中，通过微流控盘芯片技术标准化地将取样、高温密闭消解、定量、分步混合试剂、反应和显色、光电检测等流程全部集成到一张尺寸几厘米的扇形芯片上，只需放入芯片，加入水样，一键自动化完成COD、总磷、总氮和氨氮等各指标的检测；试剂定量化全部预制完成，避免了繁琐的人为操作，只需加入水样然后点击开始检测即可，减小了误差，数据准确；设计紧凑、集成度高、便携，可配备工具箱和拉杆箱，适应于实验室、车载和野外应急监测等复杂应用场景。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明箱门打开后结构示意图；

图3为本发明去除外壳后结构示意图；

图4为本发明内部结构示意图；

图5为本发明盘芯片连接结构示意图；

图6为本发明盘芯片结构示意图；

图7为本发明图6结构内部横向剖面示意图；

图8为本发明消解机构结构示意图；

图9为本发明消解结构剖面示意图；

图10为本发明转移机构结构示意图。

附图标记说明：

100、箱体；200、盘芯片；201、本体；2011、卡槽；2012、L型卡槽；202、消解瓶套筒；2021、消解瓶刺针；203、液囊套筒；2031、液囊刺针；204、检测池；205、定量池；206、废液池；207、导液通道；208、离心通道；209、离心底座；2091、限位块；2092、L型卡块；210、离心电机；300、转移机构；301、导向座；302、直线导轨；303、直线驱动机构；304、第一传感器；400、消解机构；401、安装座；402、消解夹爪；403、刺破杆；404、步进电机；405、安装块；406、消解瓶；407、第二传感器；408、消解片；409、隔热块；410、限位杆；500、光电检测模块。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，“多个”指两个以上。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在。

请参阅图1-4，本发明一种便携式微流控水质检测仪，包括：箱体100，其上设有可打开的箱门；

消解机构400，用于承载消解瓶406并对其中液体进行消解作业；

转移机构300，与消解机构400连接，用于将消解机构400进行姿态调整及位置转移；

盘芯片200，设于消解机构400下方，用于承放液囊及转移后的消解瓶406并使得多路样品液体混合；

光电检测模块500，用于向混合后的样品液体中发射不同波长光斑进行元素识别检测。光电检测模块500的输出端与数据处理模块电性连接，其中数据处理模块与设于箱体100表面的触摸屏电性连接，用于显示检测后的数据。

将提前预制好的消解瓶406和盘芯片200分别放置于消解机构400和箱体100内部，完成消解作业后，将消解瓶406插入至盘芯片200上，使得多路液体混合，并通过盘芯片200依次转动至对应的光电检测模块500，实现对样品液体内不同元素的识别检测。

通过微流控盘芯片技术标准化地将取样、高温密闭消解、定量、分步混合试剂、反应和显色、光电检测等流程全部集成到一张尺寸几厘米的扇形芯片上，只需放入芯片，加入水样，一键自动化完成COD、总磷、总氮和氨氮等各指标的检测；试剂定量化全部预制完成，避免了繁琐的人为操作，只需加入水样然后点击开始检测即可，减小了误差，数据准确；设计紧凑、集成度高、便携，可配备工具箱和拉杆箱，适应于实验室、车载和野外应急监测等复杂应用场景。

其中光电检测模块500发出特定波长的光，该光线穿过反应的液体后被接收部获取，可根据获取的光信号转换为电信号，通过相应分析方法获取浓度的对应值。本公司申请的发明专利CN113655011A《一种微流控制检测系统及其检测方法》已公开了相应的光电信号处理电路。

优选的，箱体100内置无线通讯模块，可以根据设置多中心上传数据，可以远程升级获取设备运行状态。

在一实施例中，请参阅图8和图9，消解机构400包括安装座401，安装座401前侧设有安装块405，安装块405前侧至少设有一个用于承载消解瓶406的消解夹爪402，消解夹爪402上设有与消解瓶406适配的凹槽，且其内腔设有用于固定消解瓶406的定位结构，定位结构由弧形夹块和弹簧组成，消解夹爪402内设有消解片408，消解片408一侧设有与其连接的测温元件。安装座401一侧设有第二传感器407，用于检测消解机构400的姿态。

优选的，箱体100上设有散热系统，散热系统由散热管、散热风扇组成，散热管一端管口正对消解机构400，便于在消解作业完成后对消解机构400进行降温，便于后续液体转移至盘芯片200上不影响反应的进行。

优选的，安装座401与安装块405之间设有隔热块409，便于隔绝消解机构400升温后的温度传导至安装座401上，造成热量散失的问题。

在一实施例中，消解片408采用陶瓷结构，最高可耐受350℃的高温，且其内部引线使用0.5mm镍丝，具有加热快、长期使用无功率衰减的优点。

在一实施例中，请参阅图10，转移机构300包括导向座301，导向座301上设有直线导轨302，安装块405与直线导轨302滑动配合，导向座301上设有直线驱动机构303，用于驱使安装块405沿竖向移动；其中，直线驱动机构303可采用丝杆电机。直线导轨302一侧上下端分别设有第一传感器304，用于检测消解机构400是否竖向移动到位，即下移时使得消解机构400与盘芯片200接触。

还包括设于安装块405后侧的步进电机404，步进电机404的输出端与安装块405连接，用于驱使安装块405进行姿态调整。

当消解作业完成后，通过步进电机404驱使安装块405转动180°，使得消解瓶406的瓶口朝下，随后配合直线驱动机构303，驱使消解瓶406与盘芯片200接触，将其中的液体转移至盘芯片200上，便于后续的液体混合检测。

在一实施例中，请参阅图8，还包括刺破杆403，刺破杆403设置于安装块405上，位于消解夹爪402的侧后方，刺破杆403的延伸方向与消解夹爪402上放置消解瓶406的延伸方向呈90°夹角，用于刺破位于盘芯片200上的液囊。

通过转移机构300驱使刺破杆403转动至竖直向下状态，配合直线驱动机构303使得刺破杆403下移将盘芯片200上的液囊刺破，使得其中的液体流动至检测区，刺破杆403与消解瓶406依次与盘芯片200接触。

在一实施例中，请参阅图6和图7，盘芯片200包括呈扇形结构的本体201，本体201上分别设有消解瓶套筒202和液囊套筒203，消解瓶套筒202与定量池205连通，定量池205一侧设有导液通道207，导液通道207与液囊套筒203连通，且导液通道207通过离心通道208与定量池205连通，导液通道207一侧设有与其连通的检测池204；

消解瓶套筒202和液囊套筒203内腔底部分别设有消解瓶刺针2021和液囊刺针2031，定量池205两侧均设有与其连通的废液池206。

当消解瓶406与液囊内的液体均于盘芯片200上流动后，消解瓶406内的液体进入至定量池205内，液囊内的液体通过导液通道207进入至检测池204，配合盘芯片200的高速旋转，定量池205内的液体经由离心通道208和导液通道207进入至检测池204内，与液囊内的液体混合，随后再混合离心，之后转动至光电检测模块500处，对液体中的元素进行识别检测。

其中，请参阅图7，消解瓶套筒202内壁设有对称的凸起，当消解瓶406压入至盘芯片200上时，被两凸起限位于消解瓶套筒202内，既能实现消解瓶406与消解夹爪402的脱离，也能在后续离心作业时对消解瓶406的固定。

需要注意的是，废液池206可收集消解瓶内多余的液体，因为每次检测消解瓶406内的液体量不一定正好够量，因此设置废液池206可收集多余的液体；

优选的，离心通道208与定量池205的连接通道口为小口径，且后段转移至稍大口径，能够避免在低速离心时，定量池205内的液体进入至检测池205内，便于控制液体的流动，其中，离心通道208大口径段的直径约为导液通道207的五分之一至十分之一。

优选的，盘芯片200上可容纳多个液囊以及消解瓶406，根据不同指标可有选择性的将液囊(部分指标无液囊)内经顺序先后转移进入检测池204，便于进行不同的检测作业。

在一实施例中，请参阅图5，盘芯片200放置于离心底座209上，离心底座209通过其底部设置的离心电机210驱动，盘芯片200内盛放液体的离心过程具有高速离心、低速离心以及位置定位三种状态。具体的，高速离心状态时，使得定量池205内的液体进入至检测池204内，低速离心时，使得消解瓶406和液囊内的液体混合离心，定位状态时，通过光电检测模块500进行液体中元素的识别检测。

在一实施例中，请参阅图5和图6，离心底座209上表面设有至少两个靠近外沿的限位块2091，两个限位块2091与离心底座209中心的连线以及离心底座209外沿经过两个限位块2091之间的线段连接形成的扇形区域内设有至少一个L型卡块2092，盘芯片200上两弧角处开设有与限位块2091适配的卡槽，盘芯片200上开设有与L型卡块2092位置对应且适配的L型卡槽2012。

具体的，在放置盘芯片200时，将盘芯片200置于离心底座209上方，并使得L型卡槽2012对准L型卡块2092，将盘芯片200置于离心底座209上，随后再将盘芯片200向离心底座209外沿一侧拉动，使得L型卡块2092与L型卡槽2012限位连接，同时使得卡槽2012与限位块2091抵接，完成对盘芯片200的定位，拆卸时，将盘芯片200向离心底座209的中心方向推动再向上拉出即可，操作简单快捷，能够在进行离心作业时保持盘芯片200的稳定。

在一实施例中，安装座401上设有与消解夹爪402同侧的限位杆410，所述限位杆410通过气缸控制伸出与缩回，且限位杆410设有两个用于限位安装块405。

具体检测过程如下：

将预制好的消解瓶406和盘芯片200分别放置于消解机构400和离心底座209上；通过消解机构400对消解瓶406内的液体进行消解作业，消解完成后经过散热系统对消解夹爪402降温，步进电机404驱动消解夹爪402旋转180°，配合直线驱动机构303使得消解夹爪402下移，同时配合离心电机210带动盘芯片200旋转至特定角度，将消解瓶406刺入芯片，消解瓶406内的液体进入至定量池205内，并进行离心；再驱使安装块405旋转90°，使得刺破杆403竖直向下，配合直线驱动机构303使得刺破杆403下移，同时配合离心电机210带动盘芯片200旋转至特定角度，将刺破杆403将盘芯片200上的液囊刺破，使得液囊内的液体进入至盘芯片200内，并与定量池205内的液体于检测池204内混合；再次通过离心电机210将盘芯片200上的检测池204依次经过光电检测模块500，透过滤光片发射不同波长光斑进行元素识别检测，完成检测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种便携式微流控水质检测仪，其特征在于,包括：

箱体(100)，其上设有可打开的箱门；

消解机构(400)，用于承载消解瓶(406)并对其中液体进行消解作业；

转移机构(300)，与消解机构(400)连接，用于将消解机构(400)进行姿态调整及位置转移；

盘芯片(200)，设于消解机构(400)下方，用于承放液囊及转移后的消解瓶(406)并使得多路样品液体混合；

光电检测模块(500)，用于向混合后的样品液体中发射不同波长光斑进行元素识别检测。

2.如权利要求1所述的一种便携式微流控水质检测仪，其特征在于：所述消解机构(400)包括安装座(401)，所述安装座(401)前侧设有安装块(405)，所述安装块(405)前侧至少设有一个用于承载消解瓶(406)的消解夹爪(402)，所述消解夹爪(402)上设有与消解瓶(406)适配的凹槽，且其内腔设有用于固定消解瓶(406)的定位结构，所述消解夹爪(402)内设有消解片(408)，所述消解片(408)一侧设有与其连接的测温元件。

3.如权利要求2所述的一种便携式微流控水质检测仪，其特征在于：所述消解片(408)采用陶瓷结构，且其内部引线使用0.5mm镍丝。

4.如权利要求2所述的一种便携式微流控水质检测仪，其特征在于：所述转移机构(300)包括导向座(301)，所述导向座(301)上设有直线导轨(302)，所述安装块(405)与直线导轨(302)滑动配合，所述导向座(301)上设有直线驱动机构(303)，用于驱使安装块(405)沿竖向移动；

还包括设于安装块(405)后侧的步进电机(404)，所述步进电机(404)的输出端与安装块(405)连接，用于驱使安装块(405)进行姿态调整。

5.如权利要求2所述的一种便携式微流控水质检测仪，其特征在于：还包括刺破杆(403)，所述刺破杆(403)设置于安装块(405)上，位于消解夹爪(402)的侧后方，所述刺破杆(403)的延伸方向与消解夹爪(402)上放置消解瓶(406)的延伸方向呈90°夹角，用于刺破位于盘芯片(200)上的液囊。

6.如权利要求1所述的一种便携式微流控水质检测仪，其特征在于：所述盘芯片(200)包括呈扇形结构的本体(201)，所述本体(201)上分别设有消解瓶套筒(202)和液囊套筒(203)，所述消解瓶套筒(202)与定量池(205)连通，所述定量池(205)一侧设有导液通道(207)，所述导液通道(207)与液囊套筒(203)连通，且所述导液通道(207)通过离心通道(208)与定量池(205)连通，所述导液通道(207)一侧设有与其连通的检测池(204)；

所述消解瓶套筒(202)和液囊套筒(203)内腔底部分别设有消解瓶刺针(2021)和液囊刺针(2031)，所述定量池(205)两侧均设有与其连通的废液池(206)。

7.如权利要求6所述的一种便携式微流控水质检测仪，其特征在于：所述盘芯片(200)放置于离心底座(209)上，所述离心底座(209)通过其底部设置的离心电机(210)驱动，所述盘芯片(200)内盛放液体的离心过程具有高速离心、低速离心以及位置定位三种状态。

8.如权利要求7所述的一种便携式微流控水质检测仪，其特征在于：所述离心底座(209)上表面设有至少两个靠近外沿的限位块(2091)，两个所述限位块(2091)与离心底座(209)中心的连线以及离心底座(209)外沿经过两个限位块(2091)之间的线段连接形成的扇形区域内设有至少一个L型卡块(2092)，所述盘芯片(200)上两弧角处开设有与限位块(2091)适配的卡槽，所述盘芯片(200)上开设有与L型卡块(2092)位置对应且适配的L型卡槽(2012)。

9.如权利要求2所述的一种便携式微流控水质检测仪，其特征在于：所述安装座(401)上设有与消解夹爪(402)同侧的限位杆(410)，所述限位杆(410)通过气缸控制伸出与缩回，且所述限位杆(410)设有两个用于限位安装块(405)。

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