CN111948275A - 基于微流控芯片的溶解氧检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于微流控芯片的溶解氧检测装置，包括控制电路，检测电路，微流控芯片传感器，其中，微流控芯片传感器中心设有上下两层构成的封闭检测腔体，两层之间为一层透氧膜，上层腔体侧边设有对称的待测溶液进液管、待测溶液出液管，下层腔体中设有微电极和腔体侧边设有对称的电解液进液管、电解液出液管，所述微电极与测定电流大小的检测电路连接，该电流信号反馈至控制电路，用于计算溶液中氧气的浓度。本装置在待测溶液流动的状态下进行溶解氧浓度的检测，避免了传统装置需要不断搅拌的操作；检测结束后自动清洗并定期自动对电解液进行更换，提高了检测精度，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及溶液中的溶解氧的测量，尤其涉及一种基于微流控芯片的溶解氧检测装置。
背景技术
溶解氧是指溶解于水中分子状态的氧，是水生生物生存不可缺少的条件，也是检测生物活性以及水体受有机物污染程度的重要指标。目前常用的溶解氧检测方法共有四种，分别为碘量法、电流测定法、电导测定法、荧光猝灭法，其中电流测定法的测定速度较快、操作简单，得到了广泛应用，其中最为典型的是clark溶解氧电极所制成的传感器。但是由于它的透氧膜和电极容易老化，当水样中含藻类、硫化物、碳酸盐、油类等物质时，会使透氧膜堵塞或损坏，需要注意清洗和保护，又由于它依靠电极本身在氧的作用下发生氧化还原反应来测定氧浓度，测定过程中需要消耗氧气，所以在测量过程中要不停地搅拌样品,且需要定期更换电解液，否则它的测量精度和响应时间都会受到较大影响。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种基于微流控芯片的溶解氧检测装置，实现对溶液中溶解氧的连续检测，省去在测量过程中连续搅拌这一操作，定期更换电解液和自动清洗，保护透氧膜，便于维护和使用。
技术方案：一种基于微流控芯片的溶解氧检测装置，包括控制电路，检测电路，还包括微流控芯片传感器，微流控芯片传感器中心设有上下两层构成的封闭检测腔体，两层之间为一层透氧膜，上层腔体侧边设有对称的待测溶液进液管、待测溶液出液管，下层腔体中设有微电极和腔体侧边设有对称的电解液进液管、电解液出液管，微电极与测定电流大小的检测电路连接，该电流信号反馈至控制电路，用于计算溶液中氧气的浓度。
其中，上层腔体的待测溶液进液管和出液管与下层腔体的电解液进液管和出液管呈X形交叉布置。
优选地，透氧膜为厚度25-50μm的聚乙烯和聚四氟乙烯薄膜。
优选地，微电极为极谱式电极，阳电极为Ag/AgCl，阴电极为Pt。
优选地，控制电路采用ARM芯片，芯片将采集的数据放到指定寄存器，以及检测操作完毕后控制清洗换液模块对微流控芯片进行清洗操作，电解液不足时进行换液操作。
清洗换液模块，包括微型水泵，流量计，细管，清洗液盒，电解液盒，细管将微流控芯片传感器、微型水泵、流量计、清洗液和电解液相连接。当进行检测操作时，清洗和换液操作不进行，控制电路控制微型水泵，水泵提供动力将待测液通入微流控芯片进行检测，检测操作完毕后，进行清洗操作，由水泵提供动力，将清洗液通入微流控芯片检测微室，对微室进行清洗。定期对电解液进行换液操作，控制芯片控制水泵定期由水泵提供动力，通入电解液进行补液及换液操作。
同时，显示模块与控制电路连接，用于实时显示溶液中氧气的浓度。
检测开始时，控制电路接收到开始检测的信号，控制微型水泵慢速通入待测液，然后实时采集检测电路的数据，通过显示模块进行显示，在检测结束后，控制清洗换液模块进行清洗，并且定期对电解液进行更换。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有的显著优点是基于微流控芯片的微量检测避免消耗过多样品，自动通入流动的待测液，避免了不断搅拌的操作；检测结束后自动清洗，免去了传统技术中人为手动清洗，节省了人力物力；定期自动对电解液进行更换，提高了检测精度。
附图说明
图1为本发明的微流控芯片传感器正视图；
图2为本发明的微流控芯片传感器俯视图；
图3为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1和图2所示，微流控芯片传感器的中心设有上下两层构成的封闭检测腔体，上层腔体1和下层腔体2，两层之间为一层透氧膜3，上层腔体1侧边设有对称的待测溶液进液管11及进口12、待测溶液出液管13及出口14，下层腔体2中设有微电极4和腔体侧边设有对称的电解液进液管21及进口22、电解液出液管23及出口24，上层腔体1的待测溶液进液管11和出液管13与下层腔体2的电解液进液管21和出液管23呈X形交叉布置。
如图3所示，一种基于微流控芯片的溶解氧检测装置包括微流控芯片传感器、检测电路、清洗换液模块、控制电路、显示模块、电源模块。微流控芯片传感器为溶解氧传感器，用于检测溶解氧含量，将溶液中溶解氧含量转化为电流信号，检测电路为信号调理电路，实现微弱电信号的放大，隔离，滤波操作，清洗换液模块包括微型水泵，流量计，细管，清洗液盒，电解液盒，用于对检测操作后的传感器进行清洗和电解液的补充。控制电路用于数据的采集、分析和计算以及控制清洗换液模块进行清洗换液操作，显示模块用于存储控制电路采集的数据和溶解氧检测结果的显示。电源模块用于装置的供电。
检测操作：开始检测时，控制电路控制微型水泵对微流控芯片传感器中上层腔体内通入待测溶液，待测溶液由上层腔体的进口12通入，出口14连接微型水泵慢速抽取待测溶液，使其通过进液管11，进入上层腔体1，然后经过出液管13从出口14被吸出。当待测溶液进入上层腔体1时，溶液中的氧气由透氧膜3渗入到下层腔体2的电解液中，立即在微电极4上发生氧化还原反应，反应产生的电流与氧气的浓度成正比，反应产生的电流信号经过检测电路处理后返回给控制电路进行计算分析，最后测量的数据会显示在显示屏上。
清洗操作：测量操作完毕后，控制电路控制微型水泵对微流控芯片传感器中上层腔体1通入清洗液，清洗液由上层腔体1的进口12通入，出口14连接微型水泵抽取清洗液，使其通过进液管11，进入上层腔体1，然后经过出液管13从出口14被吸出，通过清洗液的快速通入，达到对上层腔体1清洗的效果。
换液操作：控制电路控制微型水泵对微流控芯片传感器中下层腔体2通入电解液，电解液由下层腔体2的进口22通入，出口24连接微型水泵抽取电解液，使其通过进液管21，进入下层腔体2，然后经过出液管23从出口24被吸出，完成对微流控芯片传感器下层腔体2的电解液更换。
在上述检测操作中，自动通入待测液，流动监测避免了传统装置需要不断搅拌的操作；控制电路实时采集检测电路的数据，通过显示模块进行显示；在检测结束后，控制电路控制清洗换液模块进行清洗，无需人为手动清洗，并且定期对电解液进行更换，避免因电解液不足导致的检测结果不准。
Claims (7)
1.一种基于微流控芯片的溶解氧检测装置，包括控制电路，检测电路，其特征在于还包括微流控芯片传感器，所述微流控芯片传感器中心设有上下两层构成的封闭检测腔体，两层之间为一层透氧膜(3)，上层腔体(1)侧边设有对称的待测溶液进液管(11)、待测溶液出液管(13)，下层腔体(2)中设有微电极(4)和腔体侧边设有对称的电解液进液管(21)、电解液出液管(23)，所述微电极(4)与测定电流大小的检测电路连接，该电流信号反馈至控制电路，用于计算溶液中氧气的浓度。
2.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的溶解氧检测装置，其特征在于，所述上层腔体(1)的待测溶液进液管(11)和待测溶液出液管(13)与下层腔体(2)的电解液进液管(21)和电解液出液管(23)呈X形交叉布置。
3.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的溶解氧检测装置，其特征在于，所述透氧膜(3)为厚度25-50μm的聚乙烯和聚四氟乙烯薄膜。
4.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的溶解氧检测装置，其特征在于，所述微电极(4)为极谱式电极，阳电极为Ag/AgCl，阴电极为Pt。
5.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的溶解氧检测装置，其特征在于，所述控制电路采用ARM芯片。
6.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的溶解氧检测装置，其特征在于还包括清洗换液模块，包括微型水泵，流量计，细管，清洗液盒，电解液盒，所述细管将微流控芯片传感器、微型水泵、流量计、清洗液盒和电解液盒相连接，所述微型水泵由控制电路控制。
7.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的溶解氧检测装置，其特征在于还包括显示模块，所述显示模块与控制电路连接，用于实时显示溶液中氧气的浓度。
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