一种微流控水质检测设备的制作方法

1.本实用新型属于水样检测技术领域，尤其涉及一种微流控水质检测设备。


背景技术：

2.随着环保监察的要求不断提高，经常需要对现有环境的水源水质进行监测；这就需要从待检测的水源采集水样，然后进行混合、加热、消解等前处理工作，然后再进行显色反应，从而获得水样浓度等相关检测信息。
3.在进行前述整个过程中，现有监测设备往往需要较多的水样试剂量，而且还要避免造成二次污染，以保证水样检测的准确性和绿色环保使用。
4.这样，造成现有的水质监测设备对水样检测存在速度慢、效率低的问题。


技术实现要素：

5.(一)实用新型目的
6.本实用新型的目的是提供一种微流控水质检测设备以解决上述问题。
7.(二)技术方案
8.为解决上述问题，本实用新型提供了一种微流控水质检测设备，包括：反应池、加热器、微流控检测装置、称量提取装置和驱动泵装置；
9.所述称量提取装置用于分别提取适量的消解试剂和水样，所述驱动泵装置用于驱动消解试剂和水样依次流入所述称量提取装置、所述反应池和所述微流控检测装置中，所述加热器用于对所述反应池加热，所述微流控检测装置内设置有多个微流控芯片，所述反应池与所述微流控检测装置内的多个所述微流控芯片通过管路分别连通。
10.在一个可选的实施例中，所述微流控检测装置内设置有多个微流控反应芯片和多个微流控检测芯片，多个所述微流控反应芯片与多个所述微流控检测芯片一一对应连通，多个所述微流控反应芯片分别与所述反应池连通。
11.在一个可选的实施例中，所述微流控检测装置内还设置有多个光谱仪，所述光谱仪与所述微流控检测芯片一一对应连接。
12.在一个可选的实施例中，所述称量提取装置包括：电磁阀组和定量管，所述电磁阀组分别与消解试剂管和水样管连接，所述定量管与所述电磁阀组连通，
13.所述的微流控水质检测设备还包括第一电控换向阀，所述驱动泵装置包括第一泵和多个第二泵，所述第一泵可正反转，所述第一泵与所述电磁阀组连通，
14.所述第一电控换向阀与所述电磁阀组连通，所述反应池与所述第一电控换向阀连通，所述第一电控换向阀分别与多个所述第二泵连通，多个所述第二泵与多个所述微流控反应芯片一一对应连通。
15.在一个可选的实施例中，所述的微流控水质检测设备还包括：多个第二电控换向阀，所述驱动泵装置还包括多个第三泵，
16.所述第二电控换向阀与纯水水源连接，所述第一电控换向阀分别与多个所述第二
电控换向阀连通，多个所述第二电控换向阀与多个所述第二泵一一对应连通，
17.多个所述第三泵与多个所述微流控反应芯片一一对应连通，所述第三泵用于向所述微流控反应芯片输送显色剂。
18.在一个可选的实施例中，所述电磁阀组与纯水水源连接，所述电磁阀组与排废液管连接。
19.在一个可选的实施例中，所述的微流控水质检测设备还包括风扇，所述风扇用于吹射所述反应池。
20.在一个可选的实施例中，所述的微流控水质检测设备还包括第一开关阀和第二开关阀，所述第一电控换向阀、所述第一开关阀、所述反应池、所述第二开关阀由下至上依次连通，所述第二开关阀与第二空气管连通。
21.在一个可选的实施例中，所述第一泵的输入端与第一空气管连接。
22.在一个可选的实施例中，所述的微流控水质检测设备还包括两个液位传感器，两个所述液位传感器设置在所述定量管内的不同高度处，两个所述液位传感器分别与相应的指示灯连接。
23.(三)有益效果
24.本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
25.通过驱动泵装置驱动，分别抽取适量的消解试剂或水样进入称量提取装置中，然后再由驱动泵装置驱动相应的消解试剂和水样进入反应池中，并在加热器的加热下发生反应并放置一段时间后，再由驱动泵装置驱动反应液进入微流控检测装置，利用微流控检测装置的内设置有多个微流控芯片与反应池并联设置，使得反应池内的反应液可以分别进入每个微流控芯片中，每个微流控芯片针对水样中的一种或者一类污染物进行检测，例如一个微流控芯片用于检测水样中的氨氮浓度，另一个微流控芯片检测水样中的氯化物浓度，再一个微流控芯片检测水样中的总氮浓度，并利用这些微流控芯片之间相互独立隔离的特点，使各个反应互不相干扰，因此可以根据需要对同一个水样平行进行多个项目的检测，例如检测同一个水样样本中的氨氮浓度、色度、氯化物浓度、总氮浓度等等。与常规的水样检测需要逐个项目检测相比，本实用新型的微流控水质检测设备对水样检测速度快、效率高，实现了大幅度缩短水样检测的时间，提高了检测效率，具有高通量的特点。
附图说明
26.图1是本实用新型具体实施方式的所述微流控水质检测设备的一个管路连接示意图；
27.图2是本实用新型具体实施方式的所述微流控水质检测设备的另一个管路连接示意图；
28.附图标记：100电磁阀组、110消解试剂管、120水样管、140排废液管、150纯水管、210第一泵、220第二泵、230第三泵、231显色剂箱、240第一空气管、300定量管、310液位传感器、410第一电控换向阀、420第二电控换向阀、421纯水水箱、500反应池、510风扇、520第一开关阀、530第二开关阀、540第二空气管、600加热器、700微流控检测装置、710微流控反应芯片、720微流控检测芯片、730光谱仪。
具体实施方式
29.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
30.在附图中示出了根据本实用新型实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
31.显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
33.以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
34.对于不涉及本实用新型改进点的已有部件，将简单介绍或者不介绍，而重点介绍相对于现有技术做出改进的组成部件。
35.参见图1和图2，本实施例提供了一种微流控水质检测设备，包括：反应池500、加热器600、微流控检测装置700、称量提取装置和驱动泵装置；
36.称量提取装置用于分别提取适量的消解试剂和水样，驱动泵装置用于驱动消解试剂和水样依次流入所述称量提取装置、所述反应池500和所述微流控检测装置700中，所述加热器600用于对所述反应池500加热，所述微流控检测装置700内设置有多个微流控芯片，所述反应池500与所述微流控检测装置700内的多个所述微流控芯片通过管路分别连通。
37.需要说明的是，这里的微流控检测装置700内设置有多个微流控芯片，包括微流控反应芯片710和微流控检测芯片720。
38.本实施例中，通过驱动泵装置驱动，分别抽取适量的消解试剂或水样进入称量提取装置中，然后再由驱动泵装置驱动相应的消解试剂和水样进入反应池500中，并在加热器600的加热下发生反应并放置一段时间后，再由驱动泵装置驱动反应液进入微流控检测装置700，利用微流控检测装置700内设置有多个微流控芯片与反应池500并联设置，使得反应池500内的反应液可以分别进入每个微流控芯片中，每个微流控芯片针对水样中的一种或者一类污染物进行检测，例如一个微流控芯片用于检测水样中的氨氮浓度，另一个微流控芯片检测水样中的氯化物浓度，再一个微流控芯片检测水样中的总氮浓度，并利用这些微流控芯片之间相互独立隔离的特点，使各个反应互不相干扰，因此可以根据需要对同一个水样平行进行多个项目的检测，例如检测同一个水样样本中的氨氮浓度、色度、氯化物浓度、总氮浓度等等。与常规的水样检测需要逐个项目检测相比，本实用新型的微流控水质检测设备对水样检测速度快、效率高，实现了大幅度缩短水样检测的时间，提高了检测效率，具有高通量的特点。
39.另外，本实用新型将消解试剂和水样的反应放置在反应池500中加热进行，从而使微流控检测装置700内的微流控芯片远离高温反应区；从而避免微流控检测装置700内的微流控芯片承受高温而造成微流控芯片漏液的情况发生，使得微流控芯片可以正常用于水样消解检测。
40.参见图2，在一个可选的实施例中，所述微流控检测装置700内设置有多个微流控反应芯片710和多个微流控检测芯片720，多个所述微流控反应芯片710与多个所述微流控检测芯片720一一对应连通，多个所述微流控反应芯片710分别与所述反应池500连通。
41.参见图2，在一个可选的实施例中，所述微流控检测装置700内还设置有多个光谱仪730，所述光谱仪730与所述微流控检测芯片720一一对应连接。
42.如此设置，使得相互连通的微流控反应芯片710、微流控检测芯片720和光谱仪730成为一个芯片检测组，用于检测水样中的一种或者一类污染物进行检测，例如，微流控检测装置700内可以设置有三个微流控反应芯片710、三个微流控检测芯片720和三个光谱仪730，这样依次连通的微流控反应芯片710、微流控检测芯片720和光谱仪730构成三个芯片检测组。例如一个芯片检测组用于检测水样中的氨氮浓度，另一个芯片检测组检测水样中的氯化物浓度，再一个芯片检测组检测水样中的总氮浓度。
43.尤其是所述光谱仪730与所述微流控检测芯片720一一对应连接，进一步提高了微流控检测装置700的检测效率，光谱仪730可以针对每一组的芯片检测组进行专门的检测。
44.当然，在特定情况下，可以使多个微流控检测芯片720仅与光谱仪730连接，以降低本实用新型的成本，不过这样会降低相应的检测速度。
45.参见图2，在一个可选的实施例中，所述称量提取装置包括：电磁阀组100和定量管300，所述电磁阀组100分别与消解试剂管110和水样管120连接，所述定量管300与所述电磁阀组100连通，
46.所述的微流控水质检测设备还包括第一电控换向阀410，所述驱动泵装置包括第一泵210和多个第二泵220，所述第一泵210可正反转，所述第一泵210与所述电磁阀组100连通。
47.所述第一电控换向阀410与所述电磁阀组100连通，所述反应池500与所述第一电控换向阀410连通，所述第一电控换向阀410分别与多个所述第二泵220连通，多个所述第二泵220与多个所述微流控反应芯片710一一对应连通。
48.仅仅通过一个第一泵210进行相应的正转或反转，从而实现消解试剂和水样先进入定量管300并达到适量后，使第一泵210进行相应的反转或正转再进入反应池500中，从而使整个管路结构得到简化。
49.参见图1和图2，在一个可选的实施例中，所述的微流控水质检测设备还包括：多个第二电控换向阀420，所述驱动泵装置还包括多个第三泵230，
50.所述第二电控换向阀420与纯水水源连接，所述第一电控换向阀410分别与多个所述第二电控换向阀420连通，多个所述第二电控换向阀420与多个所述第二泵220一一对应连通，
51.多个所述第三泵230与多个所述微流控反应芯片710一一对应连通，所述第三泵230用于向所述微流控反应芯片710输送显色剂。
52.需要说明的是，这里的第一电控换向阀410可以是四通或五通的电磁换向阀，而第
二电控换向阀420可以是三通电磁换向阀。
53.参见图1和图2，在一个可选的实施例中，该微流控水质检测设备还包括两个液位传感器310，两个液位传感器310设置在定量管300内的不同高度处，两个液位传感器310分别与相应的指示灯连接。
54.人工操作时，操作人员控制电磁阀组100并使第一泵210正转，将水样管120内的水样输送并达到定量管300内底部的液位传感器310位置处，使相应的指示灯闪烁，操作人员停止第一泵210正转；
55.操作人员控制电磁阀组100、第一电控换向阀410并使第一泵210反转，将定量管300内的水样输送到反应池500中；
56.操作人员控制电磁阀组100并使第一泵210正转，将消解试剂管110内的消解试剂输送并达到定量管300内顶部的液位传感器310位置处，使相应的指示灯闪烁，操作人员停止第一泵210正转；
57.操作人员控制电磁阀组100、第一电控换向阀410并使第一泵210反转，将定量管300内的消解试剂输送到反应池500中，使反应池500中产生反应液；
58.操作人员控制第一电控换向阀410和多个第二泵220，使反应液分别进入多个微流控反应芯片710并停留设定时间发生反应后，再通过第二泵220驱动反应液进入微流控检测芯片720；
59.操作人员使微流控检测芯片720产生光度信号，并通过相应的光谱仪730获取并记录对应的光度信号。
60.这是针对只进水样的单独检测流程，用目前仪器结构可以实现水样的完整检测；对于一般的分析流程，需要建立标准曲线，然后再测定水样；对于这种情况时，只需要人工将取水样管插入对应的标准溶液瓶中，分别记录对应的浓度和吸光度，就可以绘制标准曲线，从而计算出水样浓度。
61.另外，纯水水源可以是装有纯水的纯水水箱421，第二电控换向阀420与水箱421连接。
62.另外，这里的第二电控换向阀420可以是三通电磁换向阀。
63.对于每个芯片检测组，操作人员使第二电控换向阀420将微流控反应芯片710与第一电控换向阀410之间切断，并且第三泵230向微流控反应芯片710输送显色剂，以进入微流控反应芯片710的沟槽中；同时，使第二电控换向阀420将纯水水源与微流控反应芯片710连通，使第二泵220驱动纯水进入微流控反应芯片710的沟槽中，从而与显色剂混合后进入微流控检测芯片720，同时通过光谱仪730获取并记录对应的光度信号，然后作为空白扣除。从而与水样的光度信号进行对比，获得相应的一种或者一类污染物的水样浓度。
64.另外，第三泵230可以与显色剂箱231连接，这样从显色剂箱231中输送显色剂到微流控反应芯片710中。
65.参见图1和图2，在一个可选的实施例中，电磁阀组100与纯水水源连接，电磁阀组100与排废液管140连接。
66.具体地，纯水水源可以通过纯水管150与电磁阀组100连接，而纯水管150可以与纯水水箱421连接，或者纯水管150与其他纯水水箱连接。
67.在人工操纵电磁阀组100和第一电控换向阀410，并使第一泵210反转，将定量管
300内的水样输送到反应池500中之后，通过控制电磁阀组100并使第一泵210正转，将纯水输送并达到定量管300顶部的液位传感器310位置处；然后控制电磁阀组100并使第一泵210反转，将定量管300内的纯水由排废液管140排出。从而将定量管300内之前残留的水样清洗掉，避免在定量管300中的残留水样与后续进入的消解试剂发生反应，而影响消解试剂的性能，并损坏定量管300。
68.同理，人工控制电磁阀组100、第一电控换向阀410并使第一泵210反转，将定量管300内的消解试剂输送到反应池500中之后；通过控制电磁阀组100并使第一泵210正转，将纯水输送并达到定量管300顶部的液位传感器310位置处；然后控制电磁阀组100并使第一泵210反转，将定量管300内的纯水由排废液管140排出。从而将定量管300内之前残留的消解试剂清洗掉。
69.需要说明的是，排废液管140处安装有阀门，如说明书附图1和附图2所示，可以控制排废液管140的开关。
70.参见图1和图2，在一个可选的实施例中，该微流控水质检测设备还包括风扇，风扇用于吹射反应池500。
71.在使用加热器600对反应池500进行一段时间的加热消解反应后，使用风扇510吹射反应池500，对反应池500进行降温，加速消解反应的快速结束。
72.参见图1和图2，在一个可选的实施例中，该微流控水质检测设备还包括第一开关阀520和第二开关阀530，第一电控换向阀410、第一开关阀520、反应池500、第二开关阀530由下至上依次连通，第二开关阀530与第二空气管540连通。
73.这里的反应池500可以是密闭的圆柱状密闭容器，加热器600可以是加热丝并缠绕在反应池500的外壁上。
74.第一开关阀520和第二开关阀530为高压开关阀。实现了完全符合国标方法的高压消解反应，保证了检测结果与国标方法的一致性。
75.将反应池500的输入端设置在底部，使反应池500内混合的溶液混合充分。并且在反应池500的顶部设置第二空气管540，在反应池500中注入液体的时候，将第一开关阀520和第二开关阀530同时打开，使反应池500内原有的气体从第二空气管540排出，确保反应池500内气压均衡稳定。
76.参见图1和图2，在一个可选的实施例中，第一泵210的输入端与第一空气管240连接。
77.水样与消解试剂在反应池500中混合后，使第一泵210从第一空气管240处吸入大量空气并输送到反应池500内，从而利用这些空气进入反应池500内并在水样与消解试剂的混合液中形成气泡，然后气泡不断上升，而实现利用气泡对少量水样与消解试剂的混合液的搅拌，从而使水样与消解试剂的混合液在短时间内达到搅拌均匀。并在此基础上利用微流控检测装置700灵敏度高，只需要很少的样品量和试剂量便可以做出准确检测。避免现有技术中容易造成采集的水样不具有代表性的问题发生，导致取水局部浓度偏高或者偏低，而不能准备表达所监测水体的待测组分含量。
78.需要说明的是，本实施例中的电磁阀组100可以包括基座和多个三通电磁换向阀，而定量管300设置在基座顶部，多个三通电磁换向阀由上至下依次连通，多个三通电磁换向阀安装在基座内，基座内顶部的三通电磁换向阀与定量管300的底部连通，而基座内底部的
三通电磁换向阀与排废液管140连通，水样管120、消解试剂管110和纯水管150依次由上至下与各个三通电磁换向阀连通，操作人员控制每个三通电磁换向阀连接，以实现对每个三通电磁换向阀换向的控制。另外，这里的三通电磁换向阀可以是截止阀。
79.另外，电磁阀组100也可以是多位阀，多位阀只有一个出口，该出口与定量管300连通，该出口设置在转盘上，转盘与多位阀内的驱动电机的转轴连接，并且多位阀有多个固定入口，这些入口分别与水样管120、消解试剂管110、纯水管150、第一电控换向阀410连通，通过电机驱动电机转动，使转盘上的该出口与相应的一个固定入口连通，并配合第一泵210正转或反转，从而使定量管300进出溶液。
80.微流控反应芯片710是用于实现水样显色反应的芯片；微流控检测芯片720是用于显色反应后光度检测的芯片，微流控检测芯片720设置有检测光源，微流控检测芯片720与光谱仪730通过光纤连接，光纤用来传导光线，光谱仪730用来分光和测量光强。
81.应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。