CN108181302A - 一种水质安全检测装置及水质检测方法 - Google Patents

一种水质安全检测装置及水质检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水质安全检测装置，通过设置纸基芯片、光源和图像采集装置，在纸基芯片上沿同一半径周向均匀设有多个检测区域，纸基芯片中心设有加样区，光源设置于扇形区上端，图像采集装置包括设置于扇形区上端的摄像头和处理***，处理***连接有存储器；处理***通过摄像头采集扇形区上亲水测纸测试后显色信息并与存储模块对比，将对比结构输出，利用在纸基芯片同一半径上的多个检测区域内设置不同的试纸，利用摄像头装置逐一获取测试样品图像，与处理***内置存储的样品标准结构进行对比，能够快速的检测处水样中多种元素含量，本装置结构简单，使用方便，大大节省了水样中多种元素测量的时间，提高了水样的测量速度。

Description

一种水质安全检测装置及水质检测方法
技术领域
本发明属于环境检测装置技术领域，具体涉及一种水质安全检测装置及水质检测方法。
背景技术
如果没有水，在16-23摄氏度的气温下，人一般只能存活10天，如果处在36摄氏度的高温下，则仅能存活3天。在野外工作和生活的时候(如部队在野外训练、作战，野外探险，旅游，考察勘测等)，常无法直接获得干净的饮用水、无法确定水质的饮用安全，因此带来很多不便和麻烦。现有的污水监测需大型昂贵的化验装置，还需要配备专业的技术人员，而目前的技术支持在乡镇一级政府无法完成。除此之外，目前的军队都采用净水药片在野外对水进行消毒。但长期求生净水药片的弊端就凸显，如净水药片有效消灭绝大多数原生生物、真菌、细菌和病毒等，起到杀菌消毒的作用，但对重金属等致毒物质起不到作用。由此可见，净水药片远远达不到“净水”的目的。净水药片可能引起过敏，其中的化学成分还有可能与食物或器具产生化学反应，生成未知的新物质。在民用方面，水资源的发展存在众多发展问题，特别是水资源污染问题较为严重。中国水污染主要有重金属污染和五毒污染，给部分水资源区域带来不良影响，水资源污染中的有机污染呈现不断加重的趋势，其演变规律为：由支流朝向干流扩散、由城镇朝向农村扩散、由地表朝向土壤深层蔓延。我国农村生活饮用水的水源主要以地下水为主，饮用地下水的人口占74.87％，饮用地面水的人口占25.13％；饮用集中式供水的人口占55.10％，饮用分散式供水的占44.90％。以《农村实施(生活饮用水卫生标准)规则》作为评价标准，水样中未达到基本卫生安全的超Ⅲ级水是44.36％；地面水超Ⅲ级水为40.44％，地下水超Ⅲ级水为45.94％；集中式供水超Ⅲ级水为40.83％(其中，近3年中央投资建设水厂超Ⅲ级水为38.99％)，分散式供水超Ⅲ级水为47.73％。农村生活饮用水的水质污染形势严峻。中国疾控中心专门建立农村改水技术指导中心，预计到2020年，对于13万个建制村要进行全面的整治。在预计几年时间里，农村污水监测需求将呈现快速的增长趋势。用于检测水质污染的新型技术有所发展，但针对多目标物时，电化学技术类需要更换选择电极，操作复杂；试纸类多采用传统的浸泡法，检测目标很难实现多样化。因此，迫切需要研究和开发快速、方便、可靠的污水多目标检测技术，满足现代检测实时、简捷、现场化的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水质安全检测装置及水质检测方法，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种水质安全检测装置，包括纸基芯片、光源和图像采集装置，纸基芯片上沿同一半径周向均匀设有多个检测区域，纸基芯片中心设有加样区，纸基芯片能够以加样区为中心转动，检测区域与加样区通过亲水通道连接，任意两个亲水通道不连通，检测区域上设有测纸，光源设置于扇形区上端，图像采集装置包括设置于扇形区上端的摄像头和处理***，处理***连接有存储器，存储器内设有不用浓度物质与测纸反应后显色图像信息；处理***通过摄像头采集扇形区上亲水测纸测试后显色信息并与存储模块对比，将对比结果输出。
进一步的，相邻两个亲水通道之间为疏水通道。
进一步的，还包括检测容器本体，检测容器本体内设有旋转托盘，旋转托盘通过驱动电机驱动，纸基芯片设置于旋转托盘上，旋转托盘旋转中心与纸基芯片旋转中心重合，光源固定在纸基芯片上端，摄像头设置于检测区域上端。
进一步的，检测容器本体一侧设有把手，处理***固定在把手内，把手上端设有连接于处理***的显示屏。
进一步的，检测容器本体上端设有盖板，盖板上端设有加样孔和遮光盖，遮光盖可旋转安装在盖板上端，通过转动遮光盖实现加样孔的闭合。
进一步的，加样孔设置于纸基芯片加样区正上方。
进一步的，光源通过光源固定装置固定在检测容器本体内上端。
一种水质安全检测装置的水质安全检测方法，包括以下步骤：
步骤1，在纸基芯片的多个检测区域放置不同测纸；
步骤2，将待检测水样放入加样区内，静置待检测水样完全进入检测区域并反应；
步骤3，通过摄像头获取每个检测区域内的水样结果图像，并与处理***中的对应图像对比，将对比结果输出。
进一步的，检测区域内的检测试纸为化学检测液。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种水质安全检测装置，通过设置纸基芯片、光源和图像采集装置，在纸基芯片上沿同一半径周向均匀设有多个检测区域，纸基芯片中心设有加样区，纸基芯片能够以加样区为中心转动，检测区域与加样区通过亲水通道连接，任意两个亲水通道不连通，检测区域上设有测纸，光源设置于扇形区上端，图像采集装置包括设置于扇形区上端的摄像头和处理***，处理***连接有存储器，存储器内设有不用浓度物质与测纸反应后显色图像信息；处理***通过摄像头采集扇形区上亲水测纸测试后显色信息并与存储模块对比，将对比结构输出，利用在纸基芯片同一半径上的多个检测区域内设置不同的试纸，利用摄像头装置逐一获取测试样品图像，与处理***内置存储的样品标准结构进行对比，能够快速的检测处水样中多种元素含量，本装置结构简单，使用方便，大大节省了水样中多种元素测量的时间，提高了水样的测量速度。
进一步的，还包括检测容器本体，检测容器本体内设有旋转托盘，旋转托盘通过驱动电机驱动，纸基芯片设置于旋转托盘上，旋转托盘旋转中心与纸基芯片旋转中心重合，光源固定在纸基芯片上端，摄像头设置于检测区域上端，通过检测容器本体进行集成化，便于携带检测，本装置结构简单，便携、省时、成本低、操作简便、可实现零废液、对使用环境要求低，可实现用户随时随地对水质信息的了解。
一种水质安全检测方法，将待测水样加入样品区后，样品经亲水通道进入检测区域并反应显色，显色强度经摄像头彩图图像后与内置标准参数对比，将颜色信息转化为水质信息，并在显示模块进行数据显示，本方法仅需将芯片与样品分别放置于检测模块与加样管中，启动后仪器自主进行分析，并在屏幕上显示水质信息，保证用水安全,整个操作过程简便快速，无需清洗步骤。整个装置可以随身携带，方便用户在任意场所随时了解水质信息。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
图2为图1俯视图。
图3为本装置打开结构示意图。
图4为纸基微流控芯片结构示意图。
其中，1、检测容器本体；2、遮光盖；3、加样孔；4、显示屏；5、纸基芯片；6、旋转托盘；7、驱动电机；8、光源；9、光源固定装置；10、摄像头；11、电源模块；12、数据连接口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1至图4所示，一种水质安全检测装置，包括纸基芯片5、光源8和图像采集装置，纸基芯片5上沿同一半径周向均匀设有多个检测区域，纸基芯片5中心设有加样区，纸基芯片5能够以加样区为中心转动，检测区域与加样区通过亲水通道连接，任意两个亲水通道不连通，相邻两个亲水通道之间为疏水通道，检测区域上设有测纸，光源8设置于扇形区上端，图像采集装置包括设置于扇形区上端的摄像头和处理***，处理***连接有存储器，存储器内设有不用浓度物质与测纸反应后显色图像信息；处理***通过摄像头10采集扇形区上亲水测纸测试后显色信息并与存储模块对比，将对比结果通过数据口进行USB或无线(蓝牙/Zigbee)输出，还包括用于输出输入输出的数据连接口12，用于与外界进行数据传输；
其中光源8为白炽灯、节能灯、激光中的一种或几种；
还包括检测容器本体1，检测容器本体1一侧设有把手，处理***固定在把手内，把手上端设有连接于处理***的显示屏4，检测容器本体1内设有旋转托盘6，旋转托盘6通过驱动电机7驱动，纸基芯片5设置于旋转托盘6上，旋转托盘6旋转中心与纸基芯片5旋转中心重合，光源8固定在纸基芯片5上端，摄像头10一次只能采集一个检测区域，检测容器本体1上端设有盖板，盖板上端设有加样孔3和遮光盖2，遮光盖2可旋转安装在盖板上端，通过转动遮光盖2实现加样孔的闭合，加样孔3设置于纸基芯片5加样区正上方，光源8通过光源固定装置9固定在检测容器本体1内上端；纸基芯片5的多个检测区域内设有不同检测试纸；检测容器本体1内设有电源模块11，电源模块为锂电池或镍氢充电电池的一种或几种
一种水质安全检测装置的水质安全检测方法，包括以下步骤：
步骤1，在纸基芯片5的多个检测区域放置不同测纸；
步骤2，将待检测水样放入加样区内，静置待检测水样完全进入检测区域并反应；
步骤3，通过摄像头获取每个检测区域内的水样结果图像，并与处理***中的对应图像对比，将对比结果输出。
检测区域内的检测试纸为化学检测液。
使用时，将纸基芯片5放置于旋转托盘6上，然后将待测样品通过加样孔加入纸基芯片5加样区内，然后关闭遮光盖2，样品通过毛细作用力，沿着扇形通道均匀向位于边缘的显色区扩散，样品中的目标物与亲水测纸特异性结合，反应处不同颜色，在光源作用下，利用摄像头对扇形区的显色图像进行采集，并通过处理***对比处理后通过显示屏显示，通过控制驱动电机，每次驱动一个扇形区，摄像头采集一次图像，能够快速简便的采集样品中不同物质的含量，从而做到快速的测量水质的目的。
其中步骤2中的检测原理对于不同离子检测原理不同：
检测氟离子原理：采用化学显色法检测，有机试剂乙酰内硫脲可与水中氟离子特异性结合，生成不同饱和度的紫色，可定量判断水中的氟离子浓度；
步骤1)在纸基芯片检测区滴加调配好的乙酰内硫脲溶液后，在特定温度下干燥放置，使溶剂蒸发，
步骤2)将纸基放入装置托盘6上，然后将待测样品通过加样孔加入纸基芯片5加样区内，然后关闭遮光盖2，按下开始键，
步骤3)检测区在驱动带动与普通光源条件下，转至摄像头正下方，以供其采集图像并进行判断分析。
检测汞离子原理：采用适配体结合荧光法，上转换荧光颗粒表面修饰能特异性的识别水中汞离子的核酸适配体，在NC(硝酸纤维素)膜表面修饰与适配体互补配对核酸序列(cDNA)。当没有目标物时，上转换探针与cDNA通过碱基互补配对原则结合并在检测线上形成荧光条带，当加入目标物后，目标物会与cDNA竞争性与适配体结合，从而导致上转换纳米颗粒探针不能与cDNA结合，从而导致检测线上的荧光强度变低。根据不同强度的荧光，可定量判断水中的汞离子浓度；
步骤1)在含有NC膜的纸基芯片样品流道区，以点状滴加数微升生物素修饰后的cDNA在NC膜表面形成检测线；在含有结合垫的纸基芯片样品流道区，滴加水溶性的上转换纳米颗粒探针数十微升，将纸基芯片置于特定温度下干燥放置，使溶剂蒸发。
步骤2)用户将纸基放入装置托盘6上，然后将待测样品通过加样孔加入纸基芯片5加样区内，然后关闭遮光盖2，按下开始键。
步骤3)内置程序判断反应时间足够后，检测区在驱动带动与普通光源结合激发光光源条件下，转至摄像头正下方，以供其采集图像并进行分析。

Claims (9)

1.一种水质安全检测装置，其特征在于，包括纸基芯片(5)、光源(8)和图像采集装置，纸基芯片(5)上沿同一半径周向均匀设有多个检测区域，纸基芯片(5)中心设有加样区，纸基芯片(5)能够以加样区为中心转动，检测区域与加样区通过亲水通道连接，任意两个亲水通道不连通，检测区域上设有测纸，光源(8)设置于扇形区上端，图像采集装置包括设置于扇形区上端的摄像头和处理***，处理***连接有存储器，存储器内设有不用浓度物质与测纸反应后显色图像信息；处理***通过摄像头(10)采集扇形区上亲水测纸测试后显色信息并与存储模块对比，将对比结构输出。
2.根据权利要求1所述的一种水质安全检测装置，其特征在于，相邻两个亲水通道之间为疏水通道。
3.根据权利要求1所述的一种水质安全检测装置，其特征在于，还包括检测容器本体(1)，检测容器本体(1)内设有旋转托盘(6)，旋转托盘(6)通过驱动电机(7)驱动，纸基芯片(5)设置于旋转托盘(6)上，旋转托盘(6)旋转中心与纸基芯片(5)旋转中心重合，光源(8)固定在纸基芯片(5)上端，摄像头(10)设置于检测区域上端。
4.根据权利要求1所述的一种水质安全检测装置，其特征在于，检测容器本体(1)一侧设有把手，处理***固定在把手内，把手上端设有连接于处理***的显示屏(4)。
5.根据权利要求1所述的一种水质安全检测装置，其特征在于，检测容器本体(1)上端设有盖板，盖板上端设有加样孔(3)和遮光盖(2)，遮光盖(2)可旋转安装在盖板上端，通过转动遮光盖(2)实现加样孔的闭合。
6.根据权利要求4所述的一种水质安全检测装置，其特征在于，加样孔(3)设置于纸基芯片(5)加样区正上方。
7.根据权利要求1所述的一种水质安全检测装置，其特征在于，光源(8)通过光源固定装置(9)固定在检测容器本体(1)内上端。
8.一种基于权利要求1所述的一种水质安全检测装置的水质安全检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在纸基芯片(5)的多个检测区域放置不同测纸；
步骤2，将待检测水样放入加样区内，静置待检测水样完全进入检测区域并反应；
步骤3，通过摄像头获取每个检测区域内的水样结果图像，并与处理***中的对应图像对比，将对比结果输出。
9.根据权利要求8所述的水质安全检测方法，其特征在于，检测区域内的检测试纸为化学检测液。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180619

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