[发明专利]用于与移动装置一起使用的液体采样装置以及方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2012年3月15日提交的美国临时申请No.61/611，076的权益，该美国临时申请以整体引用的方式纳入本文。

背景技术

氮以不同的形式存在于环境和活的有机体中(诸如氨基酸、蛋白质和核酸(DNA)，这仅是几个示例)。现今含氮化肥的持续增长的使用会导致地下水、内陆淡水源(包括湖泊)、甚至沿海海水的富营养化。这进而可以导致藻类水华，原因在于氮是大多数植物和藻类的主要营养素之一。富营养化会导致水生环境中氧气的过度消耗，从而破坏生态平衡。

水中硝酸盐浓度的不断增加也导致对人类健康的有害影响。高铁血红蛋白血症(也称为“蓝色婴儿综合征”)主要是由于饮用水中过量的硝酸盐造成的，高铁血红蛋白血症导致患者在他们的血液中运载必需的氧气的能力显著下降。在美国，环境保护协会(EPA)规定硝态氮(NO₃-N)的最大允许污染水平为10ppm(10mg/L)，以防止对人的健康产生有害影响。亚硝酸盐(NO₂^-)(硝酸盐的一种还原形式)是大量鱼类在污染的湖泊和近海岸中死亡的另一主要原因，且也是对人类健康有害的。因此，对在实地的水样本中的硝酸盐浓度的有效且准确的检测已经变得重要而必要。

目前，普通民众没有配备检测水源中的非可见污染物(例如硝酸盐)的装置，因为通常这样的检测需要专门的仪器和试剂、一定水平的专业知识，并且在某些情况下成本高。在某些特殊情况下，像环境科学家、旅行者和士兵强烈期望具有精确确定他们遇到的环境水源中的硝酸盐污染的能力。因此，期望一种用于在实地检测硝酸盐的容易操作、准确、灵敏并且便携的平台。

现有许多可用的确定硝酸盐浓度的方法，包括光谱法、色谱法、毛细管电泳和电化学方法。光谱法被广泛用于硝酸盐确定，主要使用紫外/可见光或荧光发射。这些方法通常涉及使用化学反应(像格里斯反应)以形成高荧光化合物，使用分光光度计比较和测量该高荧光化合物。通过这些方法可实现的检测极限是在0.02和2μM之间。但是所需的多个反应步骤使得这些方法耗时。此外，非科学家不容易接触到用于荧光光谱检测的仪器。色谱法(气相色谱法或离子色谱法)通常被用在实验室装置中。虽然在实验室中过程是相对简单和快速的，但是一些像用于HPLC(高压液相色谱法)的高压力和长柱(200mm)的要求使得难以使这些技术小型化。移动相的流率控制还对振动或抖动敏感，因此不适合便携式装置。此外，由于相关联的高成本及大的外形因素，日常用户不可能采用它进行常规硝酸盐测量。对于毛细管电泳的方法，所需的柱长度甚至更长并且荧光检测的设置也很复杂。

与其它方法相比，电化学方法是相对容易操作并且更容易转变成便携式平台。在这些电化学方法中，参考电极和工作电极之间电势的应用导致发生电活性物质的氧化或还原。循环伏安法是经常在电化学系统中使用的普及方法。这将有助于在便携式平台方法中应用电化学方法以允许日常用户快速、廉价、准确地记录实地中的硝酸盐浓度和其他类似的环境数据。

发明内容

通过移动装置(例如移动电话)操作的小型化硝酸盐传感器非常有助于实现数据记录和数据传输功能以及将数据与时间、位置和用户观察相关联。由于无处不在蜂窝电话无线网络，测量的水污染数据可以被发送到互联网社交媒体平台并由云服务器收集以用于即时和广泛传播。

下面所描述的是用于与移动装置一起使用的液体采样装置的实施方案。该液体采样装置包括：有线连接，用于将该液体采样装置连接到该移动装置；样本接收和测试部分，能够接收液体样本并对该液体样本进行电化学测试；以及样本测试电路，被配置为通过该有线连接将至少一个液体样本测试结果传达至该移动装置。

该样本接收和测试部分可包括被配置为测试液体样本中的硝酸盐浓度的传感器。该传感器可包括参考电极、工作电极和反电极。

到该移动装置的有线连接可包括到该移动装置的音频插口的有线连接或到该移动装置上的USB连接的有线连接。

该样本测试电路可包括调制/解调电路，该调制/解调电路被配置为将该至少一个测试结果调制成音频信号并通过该移动装置的音频插口将该音频信号传达至该移动装置。

根据另一个实施方式，数据存储装置编码有计算机程序，该计算机程序包括指令，当一个或多个计算机执行所述指令时导致该一个或多个计算机执行操作，所述操作包括通过有线连接接收来自附接的液体采样装置的数据的操作，该数据包括至少一个液体样本测试结果，并在网络上传达该数据和对应于该数据的位置信息。