一種基于微流控芯片的多通道有害氣體檢測裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有害氣體檢測技術(shù)和微流控技術(shù)，具體是一種基于微流控芯片的有害氣體快速檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今空氣中的各種有害氣體正在危害著人們的身體健康，比如在農(nóng)業(yè)方面，大棚中的氨氣、亞硝酸、一氧化碳?xì)怏w等;在人們的生活中，新房裝修及新的家具中的有害氣體甲醛、甲苯等。目前空氣中的有害氣體檢測起來十分不便，有單獨(dú)檢測甲醛的儀器，這種儀器反應(yīng)時間很長，一次只能檢測甲醛一種有害氣體，結(jié)果也不精確。
[0003]微流控芯片具有體積小、反應(yīng)迅速、精確及試劑消耗量極少的優(yōu)點(diǎn)。中國專利號為201320247394.1的文獻(xiàn)中公開了一種基于微流控芯片的自流式甲醛檢測裝置，采用Z字形微量流通池，含兩個入口和一個出口，兩個入口分別是含甲醛吸收液注入口和顯色劑注入口，每個入口配置一個與微流控芯片表面垂直的溶液池，出口連接內(nèi)徑為Imm的細(xì)管至Z形微量流通池的入口，將微流控芯片技術(shù)與光學(xué)檢測技術(shù)相結(jié)合，但是該裝置存在的缺陷是:
1、缺少樣品自動預(yù)處理與進(jìn)樣環(huán)節(jié)，這不僅會給檢測帶來繁瑣的樣品預(yù)處理過程，而且還會因手工操作的差異性引起檢測誤差;2、該裝置中所述的Z形通道雖然也加大了反應(yīng)面積，但在吸光度檢測中，整個反應(yīng)顯色區(qū)域成為一塊長方形區(qū)域，不便于均勻高效的利用光源發(fā)出的光信號進(jìn)行吸光檢測;3、該裝置只能檢測甲醛一種有害氣體，實(shí)際利用效率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對目前有害氣體檢測設(shè)備所存在的缺陷，提出一種基于微流控芯片的多通道有害氣體快速檢測裝置與方法，具備樣本自動預(yù)處理與檢測功能，能高效利用光源，快速有效地實(shí)現(xiàn)多種有害氣體檢測。
[0005]本發(fā)明一種基于微流控芯片的多通道有害氣體快速檢測裝置采用的技術(shù)方案是:具有一個放置在暗盒內(nèi)的微流控芯片，暗盒外部設(shè)置微型抽氣栗，微型氣栗中帶有流量計(jì)，微型氣栗一端穿過暗盒的側(cè)壁上所開的通孔后連接暗盒內(nèi)的集合通道，微流控芯片由2塊以上粘合在一起并成一列的相同的單個芯片組成，每塊單個芯片的同一側(cè)面各設(shè)一個氣液出口，集合通道通過分支通道分別與每個氣液出口相連接，一個分支通道連接于一個氣液出口 ；每塊單個芯片內(nèi)部都設(shè)有一個儲液池、障礙混合液體通道和輪盤狀氣液混合通道，儲液池經(jīng)障礙混合液體通道連接輪盤狀氣液混合通道，輪盤狀氣液混合通道經(jīng)上升通道連接氣液出口，每塊單個芯片的儲液池中加有一種試劑;在暗盒內(nèi)部還設(shè)有多個發(fā)光二極管、多個光敏二極管7和一個電路芯片，發(fā)光二極管和光敏二極管分別經(jīng)電源線連接于電路芯片，一個發(fā)光二極管位于一個輪盤狀氣液混合通道的正上方，一個光敏二極管位于一個微輪盤狀氣液混合通道的正下方，電路芯片經(jīng)控制線連接計(jì)算機(jī)，微型氣栗也連接電路芯片，微型氣栗中的流量計(jì)通過信號線連接計(jì)算機(jī)。
[0006]進(jìn)一步地，障礙混合液體通道一端經(jīng)一段氣液通道連接于儲液池底部，障礙混合液體通道另一端經(jīng)另一段氣液通道連接于輪盤狀氣液混合通道的中心處，障礙混合液體通道的直徑小于連接于儲液池的這一段氣液通道的直徑；障礙混合液體通道、氣液通道和上升通道均高于輪盤狀氣液混合通道。
[0007]進(jìn)一步地，暗盒的上蓋板是可開合的結(jié)構(gòu)，在開合側(cè)的暗盒上蓋板處裝有上電磁鐵，在開合側(cè)的暗盒側(cè)板上裝有與上電磁鐵相對應(yīng)的下電磁鐵，在暗盒旋轉(zhuǎn)側(cè)的上蓋板處裝有彈簧，上電磁鐵和下電磁鐵均經(jīng)電源線連接電路芯片。
[0008]所述基于微流控芯片的多通道有害氣體快速檢測裝置的檢測方法采用的技術(shù)方案是具有以下步驟:
A、在多個儲液池中分別滴加待檢測的一種氣體反應(yīng)的檢測試劑，計(jì)算機(jī)控制微型抽氣栗抽氣，讓氣體進(jìn)入微流控芯片中，未充分混合的樣液先在障礙混合液體通道中預(yù)處理進(jìn)入輪盤狀氣液混合通道，樣液在輪盤狀氣液混合通道中與檢測試劑充分反應(yīng)；
B、計(jì)算機(jī)控制電路芯片給發(fā)光二極管和光敏二極管通電，光敏二極管將收集的數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)得出反應(yīng)有害氣體的體積，同時微型氣栗中的流量計(jì)將微型氣栗抽入氣體的體積傳輸至計(jì)算機(jī)；
C、將有害氣體的體積除以微型氣栗抽入氣體的體積得到有害氣體在空氣中的百分比。
[0009]本發(fā)明與已有方法和技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)本發(fā)明具有操作簡單的特點(diǎn)，只需在芯片的進(jìn)樣口分別滴加所需的反應(yīng)試劑，在整個檢測過程中實(shí)現(xiàn)了全自動化，反應(yīng)過程與檢測過程自動交替，通過計(jì)算機(jī)控制即可自動檢測。
[0010](2)本發(fā)明中有多個獨(dú)立的單個芯片與通道，可同時對有害氣體甲醛、氨氣、亞硝酸氣體和氯氣等有害氣體進(jìn)行精確的含量檢測。
[0011](3)本發(fā)明在微流控芯片內(nèi)采用輪盤式氣液反應(yīng)通道，增大了反應(yīng)面積，使氣液實(shí)現(xiàn)充分混合反應(yīng)。
[0012](4)本發(fā)明在進(jìn)樣通道后設(shè)有獨(dú)特的超細(xì)障礙液體混合結(jié)構(gòu)，并且由超細(xì)通道可對進(jìn)樣液體產(chǎn)生一定的壓力，加快樣液的流速，讓儲液池中不同的試劑在檢測前充分混合，具備樣本自動預(yù)處理功能。
[0013](5)本發(fā)明在暗盒內(nèi)的輪盤式反應(yīng)通道上下分別對應(yīng)安裝發(fā)光二極管與光敏二極管，采用吸光度法，光敏二極管將顯色反應(yīng)收集數(shù)據(jù)傳輸至電腦進(jìn)行含量分析，根據(jù)有害氣體的量與抽氣栗的抽氣量對比得出空氣中有害氣體的百分比，判斷各有害氣體含量，將微流控芯片技術(shù)與光學(xué)檢測技術(shù)相結(jié)合。
[0014](6)本發(fā)明在微流控芯片內(nèi)的最后的出口通道處設(shè)有向上的一段上升通道，可在進(jìn)氣的過程中防止反應(yīng)試劑被氣體帶出通道。
[0015](7 )本發(fā)明在暗合內(nèi)壁上裝有加熱片，可對暗盒內(nèi)部進(jìn)行溫度控制。
[0016](8)本發(fā)明在使用結(jié)束后只需通入清水便可自動對裝置進(jìn)行清洗和烘干，從而實(shí)現(xiàn)裝置的重復(fù)使用，降低了有害氣體的檢測成本。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明一種基于微流控芯片的多通道有害氣體快速檢測裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1中微流控芯片20與微型抽氣栗I連接結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是圖2中單個芯片的外形結(jié)構(gòu)放大圖；
圖4是圖3中單個芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主視放大圖；
圖5是圖4的左視圖；
圖6是圖4的俯視圖；
圖7是圖1中發(fā)光二極管6和光敏二極管7在暗盒2中的布置示意圖；
圖8是圖1中發(fā)光二極管6和光敏二極管7在工作位置的主視放大圖；
圖9是圖1中暗盒2自動開合結(jié)構(gòu)的主視放大圖；
圖10是圖1中電路芯片21的結(jié)構(gòu)及其控制連接圖；
圖11是本發(fā)明一種基于微流控芯片的多通道有害氣體快速檢測裝置實(shí)施有害氣體快速檢測的工作流程圖。
[0018]附圖中各部件的序號和名稱:I:微型抽氣栗，2:暗盒，3:廢液通道，4:計(jì)算機(jī)，5:集合通道，6:發(fā)光二極管，7:光敏二極管，8:單個芯片，9:儲液池，10:氣液出口，11:障礙混合液體通道，12:氣液通道，13:上升通道，14:輪盤狀氣液混合通道，15:通孔，16:上電磁鐵，17:下電磁鐵，19:彈簧，20:微流控芯片，21:電路芯片，22:加熱片電源控制模塊，23:下電磁鐵電源控制模塊，24:上電磁鐵電源控制模塊，25:光敏二極管接收控制模塊;26:氣栗電源控制模塊，27發(fā)光二極管光發(fā)射模塊，28加熱片