用于连续监测水中铬的微流控芯片及包含它的测铬装置的制造方法

文档序号:9382921
用于连续监测水中铬的微流控芯片及包含它的测铬装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用化学发光法连续监测存在于水中的铬浓度的微流控芯片及 包含它的测铬装置。
【背景技术】
[0002] 铬是主要用于合金、颜料、皮革、纺织工业、催化剂、木材防腐剂等的物质,由于具 有化学稳定性多用作防止金属腐蚀的镀金材料。随着上述的工业生产活动的增加,铬的排 放造成了地表水及地下水的污染。
[0003] 天然铬离子以多种化合价形式存在,但水中只存在最稳定的铬(III)和铬(IV)。 铬(III)是参与葡萄糖、胆固醇、脂肪等代谢的必要营养素,如果缺少铬(III),体重就会减 少,还会造成从血液中清除葡萄糖的功能受损。而且,如果铬(III)长时间接触皮肤,可能 会导致过敏或者癌症。但是,铬(III)对水的溶解度以及对生物膜的渗透性较低,因此一般 认为毒性不高。与此不同,铬(IV)对水的溶解度和迀移率较高,而且氧化能力和对生物膜 的渗透性较高,会给肾、肝、肺等各种内脏器官带来不良影响,还会引起皮肤或黏膜的炎症。
[0004] 如上所述,由于铬(III)和铬(IV)的不同特性和毒性,对这些各自的浓度准确地 进行分析非常重要。尤其,铬(III)和铬(IV)根据环境通过氧化还原反应彼此容易被转 化,因此需要对水质持续进行监测。根据韩国的水污染物排放标准,在水资源保护区内被允 许的总络浓度为0. 5ppm,在其他地区则限制为2ppm以下,而络(IV)的浓度在水资源保护 区为0· lppm,在其他地区则限制为0· 5ppm以下。此外,美国环境保护局(Environmental Protection Agency,EPA)规定络(IV)为致癌物质,饮用水中被允许的总络浓度限制在 0· Ippm 以下。
[0005] 在用于分析水中铬的现有技术中,利用化学发光反应的铬分析是测定如以下[反 应式1]所示在碱性条件下及铬(III)催化剂存在下被过氧化氢氧化的鲁米诺(luminol, 5-amin〇-2,3_dihydr〇-l,4-phthalazinedione)所发出的光线(425nm)的强度。此时发出 的光线的强度与铬(III)的浓度成比例,因此通过测定光线的强度可以对铬(III)进行定 量分析。
[0006] [反应式1]
[0007]
[0008] 对于铬(IV)而言,因为不直接参与鲁米诺的化学发光反应,所以在酸性条件下使 用还原剂将铬(IV)还原成铬(III)后,对总铬浓度进行分析。铬(IV)被还原成铬(III) 的反应如[反应式2]所示。
[0009] [反应式2]
[0010]
[0011] 通过化学发光法对铬(III)和铬(IV)进行分析的方法如下:首先,将试样与还原 剂进行反应,使试样中的铬(IV)被还原成铬(III)后,再测定总铬浓度。同时,不使用还原 剂测定铬(III)的浓度,再计算出总铬与铬(III)的浓度之差就可得到铬(IV)的浓度。现 有技术适用所述的方法开发出了用于分析水中铬的微流控芯片,但是存在如下问题。
[0012] 第一、在碱性条件下由过氧化氢引起的鲁米诺氧化反应由于反应速速非常快,为 了有效地测定最大化学发光,需要尽量减小注入鲁米诺和过氧化氢的化学发光试剂混合通 道的长度。而且,为了准确地分析铬(IV)的浓度,应当将试样中的铬(IV)100%还原成铬 (III),因而需要充分的反应时间。因此,应当设计成还原通道的长度相对长于化学发光试 剂混合通道的长度。然而,在现有技术中,化学发光试剂混合通道的长度与用于使铬(IV) 被还原成铬(III)的还原通道的长度相同,因此无法准确地检测出铬(III)和铬(IV)的浓 度,而且检测灵敏度下降。
[0013] 第二、利用鲁米诺的化学发光反应不仅在铬(III)的存在下产生,还会在其他金 属离子(铁(II)、钴(II)、铜(II)、镍(II)等)的存在下产生。现有技术没有考虑到对这 些干扰物质的效果,因此无法选择性分析试样中铬的浓度。
[0014] 第三、因为与分析铬(III)时注入的蒸馏水混合的过程中试样的pH值发生变化, 存在其他金属离子的现场试样中会生成铬(III)和金属离子的混合结晶,进而可能会发生 铬(III)也一起沉淀的共沉淀现象。如果发生共沉淀现象,就会造成注入微流控芯片的试 样中的铬(III)浓度减少,进而导致分析误差,所述沉淀还会造成微流控芯片被堵塞。
[0015] 第四、为了分析络(III)和络(IV),需要两个校准曲线(calibration curve,总络 和铬(III)的校准曲线)。
[0016] 第五、由于微流控芯片用透明玻璃基板制作周围的光线进入检测器,因此检测灵 敏度下降,还会导致装置运用变得困难。

【发明内容】

[0017] 技术问题
[0018] 本发明提供一种为了通过化学发光法连续监测水中铬,不用进行分离过程可在连 续流动状态下对铬(III)和铬(IV)以高效率、高灵敏度进行检测,而且可在没有干扰物质 造成的影响的情况下对铬进行选择性检测的微流控芯片及包含它的测铬装置。
[0019] 技术方案
[0020] 根据本发明的一个方面的微流控芯片,第一基板,形成有用于混合试样和试剂的 还原通道、用于混合试剂的试剂混合通道、及一侧端部与所述还原通道和所述试剂混合通 道并联连接而另一侧端部与排出口连接的检测通道;以及第二基板,具有面向所述检测通 道且使光线透过的检测部,所述第二基板与所述第一基板结合。
[0021] 所述还原通道可更长于所述试剂混合通道,所述第一基板和第二基板能够由具有 可吸光的颜色的材料形成,或者被染成可吸光的颜色。
[0022] 所述第一基板上可形成有用于注入试样的试样注入口和用于注入还原剂的还原 剂注入口,所述试样注入口以试样通道为中介体与还原通道连接,所述还原剂注入口以还 原剂通道为中介体与还原通道连接,而且所述第一基板上可形成有用于注入第一试剂的第 一试剂注入口和用于注入第二试剂的第二试剂注入口,所述第一试剂注入口通过第一试剂 通道与试剂混合通道连接,所述第二试剂注入口通过第二试剂通道与试剂混合通道连接。
[0023] 所述检测通道可重叠配置且一侧端部和另一侧端部交互连接,所述检测通道从中 央越向两边侧端越减小,而且所述还原通道和所述试剂混合通道可重叠配置且一侧端部和 另一侧端部交互连接。
[0024] 根据本发明的另一个方面的测铬装置,包括:微流控芯片,包括第一基板及第二基 板,其中第一基板形成有用于混合试样和试剂的还原通道、用于混合试剂的试剂混合通道、 及一侧端部与所述还原通道和所述试剂混合通道并联连接而另一侧端部与排出口连接的 检测通道,而第二基板具有面向所述检测通道且使光线透过的检测部,所述第二基板与所 述第一基板结合;检测器,配置成面向所述检测部;以及供应部,用于向所述微流控芯片供 应试样及试剂。
[0025] 所述还原通道可更长于所述试剂混合通道,所述第一基板和第二基板能够由具有 可吸光的颜色的材料形成,或者被染成可吸光的颜色。
[0026] 所述第一基板上可形成有用于注入试样的试样注入口、用于注入还原剂的还原剂 注入口、用于注入第一试剂的第一试剂注入口、及用于注入第二试剂的第二试剂注入口。
[0027] 所述供应部可向所述试样注入口供应试样,向所述还原剂注入口供应亚硫酸钾, 向所述第一试剂注入口供应溶解于碱性条件的缓冲溶液的鲁米诺,向所述第二试剂注入口 供应溶解于碱性条件的缓冲溶液的过氧化氢。
[0028] 所述供应部可将溴离子与所述第一试剂及所述第二试剂一起供应至所述微流控 芯片,所述供应部可将乙二胺四乙酸(EDTA;ethylenediaminetetraacetic acid)与所述 第一试剂及所述第二试剂一起供应至所述微流控芯片。
[0029] 所述检测通道可重叠配置且一侧端部和另一侧端部交互连接,所述检测通道从中 央越向两边侧端越减小。
[0030] 有利效果
[0031] 在本发明中,微流控芯片内制作还原通道以使试样中的铬(IV)能够均被还原成 铬(III),从而可以准确地分析铬(III)和铬(IV)。
[0032] 而且,通过非对称的设计使注入化学发光试剂的试剂混合通道和注入试样的还原 通道具有不同长度,藉以尽量减少在试剂混合通道中产生的化学发光的损失,从而可以低 检测极限和高灵敏度对铬进行检测。
[0033] 而且,在检测通道中包含于化学发光试剂的络合剂与试样相遇除去试样中存在的 会产生干扰效果的金属离子,从而可以在连续流动状态下对铬进行选择性检测。
[0034] 而且,分析铬(III)时由还原剂注入口注入试样,因此不会发生铬(III)的沉淀或 者与干扰金属的共沉淀现象
再多了解一些
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