[发明专利]一种水质检测方法及其专用微流控芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种水质检测方法及其专用微流控芯片，属于水环境监测技术领域。

背景技术

水质指标是用以评价水样特性及其功能性的重要参数，根据水质指标，可以对水体质量进行分级分类，评价风险和适度处理。目前我国的水质指标已经形成比较完整的体系，包括地表水、地下水、城镇排水、工业废水等多个领域，对环境保护、水利工程、生物处理等领域意义重大。

水质指标主要包括物理指标和化学指标，其中化学指标反映了环境的负荷状态，如COD、氨氮、总磷等，因此在线和便携监测的需求很大。目前，水中有机物、离子、微量成分、元素的检测主要依靠仪器分析手段，以比色法为代表。比色法以生成有色化合物的显色反应为基础，通过比较或测量有色物质溶液颜色深度来确定待测组分含量，测量指标多，过程简单易行。例如，纳氏试剂比色法测量氨氮、碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测量总氮、钼酸铵分光光度法测量总磷、邻联甲苯胺比色法测量余氯等。

目前实验室中对于水样微量成分、部分离子的检测主要使用紫外-可见光分光光度计，在应用广泛的同时，也存在一些缺点和问题。一方面仪器的便携性不好，或者便携光度计性能不高(比如缺少紫外区等)，检测野外水质时需要取足够水样保存封装，再带回实验室进行进一步分析；另一方面，比色法操作过程相对较复杂，设备的启动和预热(主要指分光光度计)需要半小时时间，影响了实验分析的效率；最后，消耗的药剂也比较多，一次只能测定一个指标，效率比较低等。

商用品牌的便携光度计(如Hach、WTW等)采用了标准比色管方法，可以测量多种水质指标，缺点是需要携带电池或者便携电源，体积偏大，成本较高。除此之外，还存在预装试管体积大、药剂消耗多和废液处理麻烦等问题。在线水质测量仪表可以连续采样和测量，但是一般都是单一指标的仪器，无法同时测定多个指标，而且价格昂贵、移动困难、需要持续维护等，因此也不适合便携移动检测的需求。在近期的多项技术改进中，仍然没有跳出使用光谱检测器原位测定吸光度的模式，因此无法实现设备微型化、产品廉价、产品大众化等互联网+的功能。

物联网技术要求大量微型化和廉价的传感器，上述实验室仪器、便携仪表、在线检测设备等都无法满足物联网对传感器要求。因此，需要开发支持微型化和大众参与的水质分析模块，才能构建传感网，支持“互联网+”的功能。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种水质检测方法及其专用微流控芯片，水质检测方法利用显色反应(可见光范围内)，通过CCD代替传统的分光光度计，将显色过程和检测分析步骤分离，在显色部分采用微量反应器(即本发明水质检测微流控芯片)加快反应和节约药剂，在检测部分使用移动设备(如手机)等大众产品的CCD作为检测器，实现了物联网对微型和廉价传感器的要求。

本发明首先提供了一种微流控芯片，该微流控芯片采用微细加工的方法，可在一块数平方厘米的芯片上制作出微通道网络结构或其他结构单元，将生物和化学领域涉及的样品制备、反应、检测等过程集成在很小的操作平台上的技术。它不仅使得实验对样品的消耗量大大减少，降低了实验费用，还为快速分析、快速检测提供了良好的平台。

本发明提供的微流控芯片，它包括依次叠加且密封配合的上层盖片、中间层和下层垫片；

所述上层盖片上设有一进样孔；

所述中间层包括进样池、反应腔室和残液腔室；所述进样池与所述进样孔连通，且位置对应；所述进样池与所述残液腔室之间由一主微流道连通；所述主微流道向外延伸出若干支微流道，每个所述支微流道的端部与所述反应腔室连通；

所述下层垫片是由透明的材料制作的。

上述微流控芯片中，所述上层盖片和所述中间层均是由PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)制作的；所述上层盖片与中间层为密封配合，具体可采用硅油进行密封；所述中间层与所述下层垫片为密封配合，具体可采用氧等离子体处理后键合密封。

上述微流控芯片中，所述上层盖片的厚度可为2～5mm，其厚度根据所述进样孔的体积和截面积来确定，所述进样孔和所述进样池的体积之和为所述中间层中所述反应腔室、所述主微流道、所述支微流道和所述残液腔室的体积之和的1.1～1.5倍，以使水样能够充满所述中间层反应腔室，且不会返流混合(若体积过小，浸润滤纸后无法充满反应腔室；若体积过大，样品充满反应腔室后仍然能够通过微流道相互连通，导致存在一定的扩散和混合)；所述中间层仅设有一进样孔，所述进样孔可为圆柱形通孔，直径可为4～8mm。