用于連續(xù)監(jiān)測水中鉻的微流控芯片及包含它的測鉻裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用化學(xué)發(fā)光法連續(xù)監(jiān)測存在于水中的鉻濃度的微流控芯片及 包含它的測鉻裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 鉻是主要用于合金、顏料、皮革、紡織工業(yè)、催化劑、木材防腐劑等的物質(zhì)，由于具 有化學(xué)穩(wěn)定性多用作防止金屬腐蝕的鍍金材料。隨著上述的工業(yè)生產(chǎn)活動的增加，鉻的排 放造成了地表水及地下水的污染。
[0003] 天然鉻離子以多種化合價形式存在，但水中只存在最穩(wěn)定的鉻（III)和鉻（IV)。 鉻（III)是參與葡萄糖、膽固醇、脂肪等代謝的必要營養(yǎng)素，如果缺少鉻（III)，體重就會減 少，還會造成從血液中清除葡萄糖的功能受損。而且，如果鉻（III)長時間接觸皮膚，可能 會導(dǎo)致過敏或者癌癥。但是，鉻（III)對水的溶解度以及對生物膜的滲透性較低，因此一般 認(rèn)為毒性不高。與此不同，鉻（IV)對水的溶解度和迀移率較高，而且氧化能力和對生物膜 的滲透性較高，會給腎、肝、肺等各種內(nèi)臟器官帶來不良影響，還會引起皮膚或黏膜的炎癥。
[0004] 如上所述，由于鉻（III)和鉻（IV)的不同特性和毒性，對這些各自的濃度準(zhǔn)確地 進(jìn)行分析非常重要。尤其，鉻（III)和鉻（IV)根據(jù)環(huán)境通過氧化還原反應(yīng)彼此容易被轉(zhuǎn) 化，因此需要對水質(zhì)持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)韓國的水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，在水資源保護(hù)區(qū)內(nèi)被允 許的總絡(luò)濃度為0. 5ppm，在其他地區(qū)則限制為2ppm以下，而絡(luò)（IV)的濃度在水資源保護(hù) 區(qū)為0· lppm，在其他地區(qū)則限制為0· 5ppm以下。此外，美國環(huán)境保護(hù)局（Environmental Protection Agency，EPA)規(guī)定絡(luò)（IV)為致癌物質(zhì)，飲用水中被允許的總絡(luò)濃度限制在 0· Ippm 以下。
[0005] 在用于分析水中鉻的現(xiàn)有技術(shù)中，利用化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的鉻分析是測定如以下[反 應(yīng)式1]所示在堿性條件下及鉻（III)催化劑存在下被過氧化氫氧化的魯米諾（luminol， 5-amin〇-2,3_dihydr〇-l，4-phthalazinedione)所發(fā)出的光線（425nm)的強(qiáng)度。此時發(fā)出 的光線的強(qiáng)度與鉻（III)的濃度成比例，因此通過測定光線的強(qiáng)度可以對鉻（III)進(jìn)行定 量分析。
[0006] [反應(yīng)式1]
[0007]
[0008] 對于鉻（IV)而言，因為不直接參與魯米諾的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，所以在酸性條件下使 用還原劑將鉻（IV)還原成鉻（III)后，對總鉻濃度進(jìn)行分析。鉻（IV)被還原成鉻（III) 的反應(yīng)如[反應(yīng)式2]所示。
[0009] [反應(yīng)式2]
[0010]
[0011] 通過化學(xué)發(fā)光法對鉻（III)和鉻（IV)進(jìn)行分析的方法如下：首先，將試樣與還原 劑進(jìn)行反應(yīng)，使試樣中的鉻（IV)被還原成鉻（III)后，再測定總鉻濃度。同時，不使用還原 劑測定鉻（III)的濃度，再計算出總鉻與鉻（III)的濃度之差就可得到鉻（IV)的濃度?，F(xiàn) 有技術(shù)適用所述的方法開發(fā)出了用于分析水中鉻的微流控芯片，但是存在如下問題。
[0012] 第一、在堿性條件下由過氧化氫引起的魯米諾氧化反應(yīng)由于反應(yīng)速速非?？欤瑸?了有效地測定最大化學(xué)發(fā)光，需要盡量減小注入魯米諾和過氧化氫的化學(xué)發(fā)光試劑混合通 道的長度。而且，為了準(zhǔn)確地分析鉻（IV)的濃度，應(yīng)當(dāng)將試樣中的鉻（IV)100%還原成鉻 (III)，因而需要充分的反應(yīng)時間。因此，應(yīng)當(dāng)設(shè)計成還原通道的長度相對長于化學(xué)發(fā)光試 劑混合通道的長度。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，化學(xué)發(fā)光試劑混合通道的長度與用于使鉻（IV) 被還原成鉻（III)的還原通道的長度相同，因此無法準(zhǔn)確地檢測出鉻（III)和鉻（IV)的濃 度，而且檢測靈敏度下降。
[0013] 第二、利用魯米諾的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)不僅在鉻（III)的存在下產(chǎn)生，還會在其他金 屬離子（鐵（II)、鈷（II)、銅（II)、鎳（II)等）的存在下產(chǎn)生?，F(xiàn)有技術(shù)沒有考慮到對這 些干擾物質(zhì)的效果，因此無法選擇性分析試樣中鉻的濃度。
[0014] 第三、因為與分析鉻（III)時注入的蒸餾水混合的過程中試樣的pH值發(fā)生變化， 存在其他金屬離子的現(xiàn)場試樣中會生成鉻（III)和金屬離子的混合結(jié)晶，進(jìn)而可能會發(fā)生 鉻（III)也一起沉淀的共沉淀現(xiàn)象。如果發(fā)生共沉淀現(xiàn)象，就會造成注入微流控芯片的試 樣中的鉻（III)濃度減少，進(jìn)而導(dǎo)致分析誤差，所述沉淀還會造成微流控芯片被堵塞。
[0015] 第四、為了分析絡(luò)（III)和絡(luò)（IV)，需要兩個校準(zhǔn)曲線（calibration curve，總絡(luò) 和鉻（III)的校準(zhǔn)曲線）。
[0016] 第五、由于微流控芯片用透明玻璃基板制作周圍的光線進(jìn)入檢測器，因此檢測靈 敏度下降，還會導(dǎo)致裝置運用變得困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 技術(shù)問題
[0018] 本發(fā)明提供一種為了通過化學(xué)發(fā)光法連續(xù)監(jiān)測水中鉻，不用進(jìn)行分離過程可在連 續(xù)流動狀態(tài)下對鉻（III)和鉻（IV)以高效率、高靈敏度進(jìn)行檢測，而且可在沒有干擾物質(zhì) 造成的影響的情況下對鉻進(jìn)行選擇性檢測的微流控芯片及包含它的測鉻裝置。
[0019] 技術(shù)方案
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面的微流控芯片，第一基板，形成有用于混合試樣和試劑的 還原通道、用于混合試劑的試劑混合通道、及一側(cè)端部與所述還原通道和所述試劑混合通 道并聯(lián)連接而另一側(cè)端部與排出口連接的檢測通道；以及第二基板，具有面向所述檢測通 道且使光線透過的檢測部，所述第二基板與所述第一基板結(jié)合。
[0021] 所述還原通道可更長于所述試劑混合通道，所述第一基板和第二基板能夠由具有 可吸光的顏色的材料形成，或者被染成可吸光的顏色。
[0022] 所述第一基板上可形成有用于注入試樣的試樣注入口和用于注入還原劑的還原 劑注入口，所述試樣注入口以試樣通道為中介體與還原通道連接，所述還原劑注入口以還 原劑通道為中介體與還原通道連接，而且所述第一基板上可形成有用于注入第一試劑的第 一試劑注入口和用于注入第二試劑的第二試劑注入口，所述第一試劑注入口通過第一試劑 通道與試劑混合通道連接，所述第二試劑注入口通過第二試劑通道與試劑混合通道連接。
[0023] 所述檢測通道可重疊配置且一側(cè)端部和另一側(cè)端部交互連接，所述檢測通道從中 央越向兩邊側(cè)端越減小，而且所述還原通道和所述試劑混合通道可重疊配置且一側(cè)端部和 另一側(cè)端部交互連接。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的測鉻裝置，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試樣和試劑的還原通道、用于混合試劑的試劑混合通道、 及一側(cè)端部與所述還原通道和所述試劑混合通道并聯(lián)連接而另一側(cè)端部與排出口連接的 檢測通道，而第二基板具有面向所述檢測通道且使光線透過的檢測部，所述第二基板與所 述第一基板結(jié)合；檢測器，配置成面向所述檢測部；以及供應(yīng)部，用于向所述微流控芯片供 應(yīng)試樣及試劑。
[0025] 所述還原通道可更長于所述試劑混合通道，所述第一基板和第二基板能夠由具有 可吸光的顏色的材料形成，或者被染成可吸光的顏色。
[0026] 所述第一基板上可形成有用于注入試樣的試樣注入口、用于注入還原劑的還原劑 注入口、用于注入第一試劑的第一試劑注入口、及用于注入第二試劑的第二試劑注入口。
[0027] 所述供應(yīng)部可向所述試樣注入口供應(yīng)試樣，向所述還原劑注入口供應(yīng)亞硫酸鉀， 向所述第一試劑注入口供應(yīng)溶解于堿性條件的緩沖溶液的魯米諾，向所述第二試劑注入口 供應(yīng)溶解于堿性條件的緩沖溶液的過氧化氫。
[0028] 所述供應(yīng)部可將溴離子與所述第一試劑及所述第二試劑一起供應(yīng)至所述微流控 芯片，所述供應(yīng)部可將乙二胺四乙酸（EDTA;ethylenediaminetetraacetic acid)與所述 第一試劑及所述第二試劑一起供應(yīng)至所述微流控芯片。
[0029] 所述檢測通道可重疊配置且一側(cè)端部和另一側(cè)端部交互連接，所述檢測通道從中 央越向兩邊側(cè)端越減小。
[0030] 有利效果
[0031] 在本發(fā)明中，微流控芯片內(nèi)制作還原通道以使試樣中的鉻（IV)能夠均被還原成 鉻（III)，從而可以準(zhǔn)確地分析鉻（III)和鉻（IV)。
[0032] 而且，通過非對稱的設(shè)計使注入化學(xué)發(fā)光試劑的試劑混合通道和注入試樣的還原 通道具有不同長度，藉以盡量減少在試劑混合通道中產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光的損失，從而可以低 檢測極限和高靈敏度對鉻進(jìn)行檢測。
[0033] 而且，在檢測通道中包含于化學(xué)發(fā)光試劑的絡(luò)合劑與試樣相遇除去試樣中存在的 會產(chǎn)生干擾效果的金屬離子，從而可以在連續(xù)流動狀態(tài)下對鉻進(jìn)行選擇性檢測。
[0034] 而且，分析鉻（III)時由還原劑注入口注入試樣，因此不會發(fā)生鉻（III)的沉淀或 者與干擾金屬的共沉淀現(xiàn)象