DE202021101425U1 - Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen - Google Patents

Abstract

Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnelldetektionsplattform einen Mikrofluidik-Detektionschip (1), eine elektrochemische Arbeitsstation (2), einen mobilen PC (3), eine Peristaltikpumpe (4) und einen Behälter (5) für zu testende Flüssigkeit umfasst; wobei
der Mikrofluidik-Detektionschip (1) eine Mikrofluidik-Einheit (11) und einen Drei-Elektroden-Sensor (12) umfasst; wobei das Innere der Mikrofluidik-Einheit (11) einen Mikrokanal (110) umfasst, wobei beide Enden des Mikrokanals (110) mit einer Flüssigkeitszufuhrleitung (112) bzw. einer Flüssigkeitsabfuhrleitung (113) versehen sind; wobei der Drei-Elektroden-Sensor (12) eine kartenartige Bodenplatte (120) und drei Elektroden umfasst, die an der Bodenplatte (120) befestigt sind, nämlich eine Arbeitselektrode (121), eine Hilfselektrode (122) und eine Referenzelektrode (123); wobei ein Ende der Bodenplatte (120) als Schnittstellenbereich (124) ausgebildet ist, wobei drei Kontaktstifte (12f) der drei Enden der Elektrodenleitungen im Schnittstellenbereich (124) angeordnet sind; wobei der Unterteil des Mikrokanals (110) mit einer Elektrodennut (111) verbunden ist, die zum Drei-Elektroden-Sensor (12) passt, wobei der Drei-Elektroden-Sensor (12) in die Elektrodennut (111) eingesetzt ist, wobei die drei Elektroden in den Mikrokanal (110) eingeführt sind, wobei der Schnittstellenbereich (124) außerhalb der Elektrodennut (111) verbleibt;
ein erster Schlauch (61) zwischen dem Behälter für zu testende Flüssigkeit (5) und der Flüssigkeitszufuhrleitung (112) angeschlossen ist, wobei an dem ersten Schlauch (61) eine Peristaltikpumpe (4) angeordnet ist, wobei die Kontaktstifte (12f) der drei Elektroden jeweils mit einem entsprechenden Elektrodenanschluss an der elektrochemischen Arbeitsstation (2) verbunden ist, wobei der mobile PC (3) mit der elektrochemischen Arbeitsstation (2) zur Steuerung der Detektion und zur Datenerfassung verbunden ist.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Das vorliegende Gebrauchsmuster gehört zum technischen Gebiet der elektrochemischen Detektion, und betrifft insbesondere eine Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen zur schnellen Detektion schädlicher Schwermetallionen in einer Lösung durch anodische Stripping-Voltammetrie.
• Stand der Technik
• Mit der Entwicklung der globalen Elektronikindustrie in den letzten Jahrzehnten ist die Anzahl der Elektronikprodukte explosiv angestiegen, was einerseits einen gesteigerten Komfort und Vorteil für die menschliche Gesellschaft und andererseits einen Berg von Elektronikschrott und eine ernste Umweltverschmutzung für die menschliche Gesellschaft mit sich bringt. Schwermetalle, wie sie in elektronischen Produkten weit verbreitet sind, sind einer der wichtigsten Schadstoffen in Elektroschrott, und können sowohl eine direkte Kontamination durch Eindringen in die Erde, Gewässer und die Atmosphäre als auch eine indirekte Kontamination zwischen verschiedenen Umgebungen durch Migration verursachen. Die Regelung toxischer Schadstoffe, insbesondere Schwermetallionen, in Elektronikschrott in verschiedenen Ländern ist zunehmend strenger und es werden höhere Anforderungen an die Detektion des Schwermetallgehalts gestellt.
• Gegenwärtig sind die Vorverarbeitungstechniken elektronischer Produkte sehr ausgereift und können daher bequem den Elektronenabfall in Lösung auflösen, wobei jedoch der Schwermetallgehalt in der auflösenden Lösung noch große Instrumente zur Detektion und zur Analyse erfordert und die Effizienz der Detektion von Schwermetallionen vor Ort weiter zu erhöhen ist. Im Stand der Technik kann die anodische Stripping-Voltammetrie (anodic stripping voltammetry, ASV) eine qualitative und quantitative Analyse des Gehalts an Metallionen in der Lösung durchführen, basierend auf den Eigenschaften des jeweiligen Metalls wie spezifische Oxidation oder Auflösungsspitzenpotential. Das Volumen des verwendeten Instruments ist normalerweise relativ gering, die Kosten sind gering und es besteht die Aussicht auf eine technische Entwicklung zur schnellen Detektion von Schwermetallionen vor Ort. Das derzeitige herkömmliche ASV-Detektionsverfahren, bei dem ein Drei-Elektroden-System zum Messen in einem Becherglas verwendet wird, erfordert jedoch eine große Menge an Probenlösung und eine lange Vorelektrolysezeit und bringt eine schlechte Reproduzierbarkeit der Detektionsergebnisse mit sich, und es ist schwierig, Schwermetallionen vor Ort schnell zu detektieren. Mit der Entwicklung der Mikrofluidik-Chip-Technologie in den letzten Jahren ist es möglich, Mikrokanäle auf einem sehr kleinen Matrixmaterial zu fertigen, und die Integration verschiedener Funktionen auf einem Chip ist aufgrund der Miniaturisierung und Integration des Chips sehr gut für die technischen Anforderungen der ASV-Schwermetallionen-Vor-Ort-Schnelldetektion geeignet. Daher ist das auf ASV basierende Detektionsverfahren, in Kombination mit der Schwermetallionendetektionsvorrichtung mit der Mikrofluidik-Technologie, eine erwartete technische Entwicklungsrichtung für die schnelle Detektion von Schwermetallen vor Ort. Das Erzielen einer bequemen, schnellen und kostengünstigen schnellen Detektion von Schwermetallionen vor Ort ist zu einer technischen Aufgabe geworden.
• Aufgabe der Erfindung
• Um das technische Problem zu lösen, dass die Schwermetalldetektionsausrüstung des Stands der Technik den Bedarf an einer schnellen Detektion von Schwermetallionen vor Ort nur schwer decken kann, stellt das vorliegende Gebrauchsmuster eine Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen bereit. Die Detektionsplattform besitzt die Vorteile einer hohen Integration, guter Transportfähigkeit, einer Miniaturisierung der Kernkomponenten, einer guten Detektionsleistung und dergleichen, wobei sie insbesondere für eine schnelle, vor Ort erfolgende Detektion von Schwermetallionen in Lösungen geeignet ist.
• Um das oben beschriebene technische Problem zu lösen, stellen Ausführungsbeispiele des vorliegenden Gebrauchsmusters eine Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen bereit, die einen Mikrofluidik-Detektionschip, eine elektrochemische Arbeitsstation, einen mobilen PC, eine Peristaltikpumpe und einen Behälter für zu testende Flüssigkeit umfasst;
  wobei der Mikrofluidik-Detektionschip aus einer Mikrofluidik-Einheit und einem Drei-Elektroden-Sensor besteht; wobei das Innere der Mikrofluidik-Einheit einen Mikrokanal umfasst, wobei beide Enden des Mikrokanals jeweils mit einer Flüssigkeitszufuhrleitung und einer Flüssigkeitsabfuhrleitung versehen sind; wobei der Drei-Elektroden-Sensor eine kartenartige Bodenplatte und drei Elektroden umfasst, die an der Bodenplatte befestigt sind, nämlich eine Arbeitselektrode, eine Hilfselektrode und eine Referenzelektrode; wobei ein Ende der Bodenplatte als Schnittstellenbereich ausgebildet ist, wobei drei Kontaktstifte der drei Enden der Elektrodenleitungen im Schnittstellenbereich angeordnet sind; wobei der Unterteil des Mikrokanals mit einer Elektrodennut verbunden ist, die zum Drei-Elektroden-Sensor passt, wobei der Drei-Elektroden-Sensor in die Elektrodennut eingesetzt ist, die drei Elektroden in den Mikrokanal eingeführt sind und die Grenzfläche außerhalb der Elektrodennut verbleibt; wobei ein erster Schlauch zwischen dem Behälter für zu testende Flüssigkeit und der Flüssigkeitszufuhrleitung angeschlossen ist, wobei an dem ersten Schlauch eine Peristaltikpumpe vorgesehen ist; wobei die Kontaktstifte der drei Elektroden jeweils mit einem entsprechenden Elektrodenanschluss an der elektrochemischen Arbeitsstation verbunden sind; wobei ein mobiler PC mit der elektrochemischen Arbeitsstation zur Steuerung der Detektion und zur Datenerfassung verbunden ist.
• Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen ferner einen Abfallflüssigkeitsbehälter umfasst, wobei eine Flüssigkeitsabfuhrleitung der Mikrofluidik-Einheit mit dem Abfallflüssigkeitsbehälter über einen zweiten Schlauch verbunden ist, um die Abfallflüssigkeit abzuführen und eine sekundäre Verunreinigung durch Abführen der Abfallflüssigkeit in die Umgebung zu vermeiden.
• Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Mikrokanal der Mikrofluidik-Einheit eine sattelförmige dünne Schicht ist; weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass die Flüssigkeitszufuhrleitung und die Flüssigkeitsabfuhrleitung jeweils an die beiden sattelförmigen Enden des Mikrokanals angeschlossen sind und in einer Richtung tangential zu den Enden verlaufen.
• Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Elektrodenanschluss der elektrochemischen Arbeitsstation als USB-Schnittstelle ausgebildet ist, wobei der Schnittstellenbereich des Drei-Elektroden-Sensors gemäß USB-Format vorgesehen ist und direkt in die USB-Schnittstelle eingeführt ist, wobei die Kontaktstifte jeweils mit drei Kontakten der USB-Schnittstelle verbunden sind, und die einheitliche USB-Standardschnittstelle verwendet wird, um die Verbindung zwischen der Elektrode und der elektrochemischen Arbeitsstation bequemer zu machen.
• Die oben beschriebenen technischen Lösungen von Ausführungsbeispielen des vorliegenden Gebrauchsmusters stellen eine tragbare Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen durch Kombinieren einer mikrofluidischen Technik mit dem ASV bereit, die sich in vorteilhafter Weise wie folgt auswirkt:
• Die Einrichtung weist eine hohe Integration auf, ist leicht zu verwenden, verwendet einen Mikrofluidik-Detektionschip, hat eine gute Detektionsempfindlichkeit, eine hohe Genauigkeit und eine hohe Detektionseffizienz und ist insbesondere geeignet zur schnellen Detektion von Schwermetallionen in der Lösung vor Ort, und ist wegweisend für den Entwicklungstrend der ASV-Schwermetallionendetektion.
• Figurenliste
• 1 ist eine schematische Darstellung eines Prinzips der ASV-Detektion;
• 2 ist eine schematische Darstellung der Struktur der Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen gemäß einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden Gebrauchsmusters;
• 3 ist eine schematische perspektive Darstellung der Struktur des Mikrofluidik-Detektionschips in der Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen von 2;
• 4 ist eine Schnittansicht des Mikrofluidik-Detektionschips bei A-A von 3;
• 5 ist eine schematische Darstellung der Struktur der Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen mit USB-Anschluss gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel des vorliegenden Gebrauchsmusters;
• 6 ist eine schematische Darstellung des Schnittstellenbereichs des Drei-Elektroden-Sensors, der mit einer USB-Schnittstelle zusammenpasst, gemäß einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden Gebrauchsmusters.
• Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
• Um die durch das Gebrauchsmuster gelösten technischen Probleme, technische Lösungen und Vorteile zu verdeutlichen, wird eine detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und den spezifischen Ausführungsbeispielen gegeben.
• Um die bestehenden Probleme zu lösen, stellt das vorliegende Gebrauchsmuster eine Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen bereit, die die mikrofluidische Technik mit dem ASV kombiniert.
• Der ASV-Detektionsschritt wird in zwei Prozesse unterteilt, nämlich die Reduktion einer prä-elektrolytischen Anreicherung und die Auflösung durch Rückoxidationselektrolyse. 1 zeigt die Volt-Ampere-Eigenschaften des ASV während des Arbeitsprozesses. Zunächst wird eine reduzierte negative Spannung mit festem Wert an die Oberfläche der Arbeitselektrode angelegt. Metallionen Mⁿ⁺ mit einem Reduktionspotential, das höher als das Reduktionspotential dieser Spannung ist, werden an der Oberfläche der Arbeitselektrode zu dem Elementmetall M reduziert und angereichert, wobei die Anreicherungsmenge proportional zur Zeit des Anlegens der Spannung und zur Konzentration der Metallionen ist, wobei der Strom zwischen den Elektroden gemessen wird, um die angereicherte Volt-Ampere-Kurve im positiven Bereich der vertikalen Achse in 1 zu erhalten; wobei an die Arbeitselektrode wiederum eine Vorwärts-Abtastspannung angelegt wird, das nun angereicherte Elementmetall M wieder zu dem Ion Mⁿ⁺ oxidiert und aufgelöst wird, und der Strom und das Potential aufgenommen werden, um die Auflösung-Volt-Ampere-Kurve im negativen Bereich der vertikalen Achse in 1 zu erhalten. Der Spitzenstrom i_p kann aus der Auflösung-Volt-Ampere-Kurve erhalten werden. Jedes Metall hat eine spezifische Oxidation oder Auflösungsspitzenpotential, solange alle Betriebsbedingungen, wie Elektrolytbasislösung, Elektrode, Druckparameter und dergleichen, in hohem Maße durch Steuern einheitlich gehalten werden. Die Größe des Spitzenstroms i_p steht linear positiv mit der Konzentration dieser Metallionen in der zu testenden Lösung in Beziehung, wodurch der Gehalt an Schwermetall in der Lösung qualitativ und quantitativ analysiert wird.
• Um die oben beschriebene technische Lösung zu realisieren, wie in 2 bis 4 gezeigt, stellen Ausführungsbeispiele des vorliegenden Gebrauchsmusters eine Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen bereit, die umfasst: einen Mikrofluidik-Detektionschip 1, eine elektrochemische Arbeitsstation 2, einen mobilen PC 3, eine Peristaltikpumpe 4 und einen Behälter 5 für zu testende Flüssigkeit;
  wobei der Mikrofluidik-Detektionschip 1 aus einer Mikrofluidik-Einheit 11 und einem Drei-Elektroden-Sensor 12 besteht; wobei das Innere der Mikrofluidik-Einheit 11 einen Mikrokanal 110 umfasst, wobei beide Enden des Mikrokanals 110 jeweils mit einer Flüssigkeitszufuhrleitung 112 und einer Flüssigkeitsabfuhrleitung 113 versehen sind; wobei der Drei-Elektroden-Sensor 12 eine kartenartige Bodenplatte 120 und drei Elektroden umfasst, die an der Bodenplatte 120 befestigt sind, nämlich eine Arbeitselektrode 121, eine Hilfselektrode 122 und eine Referenzelektrode 123; wobei ein Ende der Bodenplatte 120 als Schnittstellenbereich 124 vorgesehen ist, wobei drei Kontaktstifte 12f der drei Enden der Elektrodenleitungen im Schnittstellenbereich 124 angeordnet sind; wobei der Unterteil des Mikrokanals 110 offen ist und mit der Elektrodennut 111 in Verbindung steht, die zum Drei-Elektroden-Sensor 12 passt, wobei der Drei-Elektroden-Sensor 12 in die Elektrodennut 111 eingesetzt ist, wobei die drei Elektroden in den Mikrokanal 110 eingeführt sind, wobei die Grenzfläche 124 außerhalb der Elektrodennut 111 verbleibt; wobei ein erster Schlauch 61 zwischen dem Behälter für zu testende Flüssigkeit 5 und der Flüssigkeitszufuhrleitung 112 angeschlossen ist, wobei an dem ersten Schlauch 61 eine Peristaltikpumpe 4 angeordnet ist, die im Innern des Behälters 5 für zu testende Flüssigkeit befindliche zu messende Lösung durch die Peristaltikpumpe 4 angetrieben wird und durch den ersten Schlauch 61 in den Mikrokanal 110 strömt, wobei die Kontaktstifte 12f der drei Elektroden jeweils mit einem entsprechenden Elektrodenanschluss an der elektrochemischen Arbeitsstation 2 verbunden sind, eine Spannung von jedem Elektrodenanschluss an die Hilfselektrode angelegt und der Strom zwischen den Elektroden-Stromschleifen erfasst wird ; wobei der mobile PC 3 mit der elektrochemischen Arbeitsstation 2 zur Steuerung der Detektion und zur Datenerfassung verbunden ist.
• Der Drei-Elektroden-Sensor 12 ist eine vollständige planare Festkörperelektrode, die effektiv die Nachteile der mangelnden Tragbarkeit, Unfähigkeit, umgedreht zu werden, mangelnden Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen und hohen Spannungen, die bei der in herkömmlichen ASV verwendeten ionenselektiven Elektrode auftreten, überwindet, und Vorteile wie eine kurze Anreicherungszeit, eine schnelle Spannungsabtastgeschwindigkeit, automatische Kompensation des iR-Abfalls, eine Verringerung der Verunreinigungsioneninterferenz und dergleichen aufweist.
• Der Mikrofluidik-Detektionschip, der eine Anwendung einer Mikrofluidik-Technologie ist, kann die in üblichen ASV-Vorrichtungen bei der Detektion vorhandenen Nachteile wirksam überwinden. Der Gedanke der Mikrofluidik-Technologie besteht darin, traditionelle klassische Analyseverfahren und Detektionseinheiten in einer einzigen Vorrichtung zu integrieren, sodass die einzelnen Prozesse wie Analyse und Detektion gemäß dem Prozess in einem Chipsensor vereint sind. Das Endziel ist es, ein Chip-Labor zu konstruieren, das die verschiedenen Betriebsprozesse der chemischen Analyse auf der Basis von Mikrofluidik-Chips integriert. Die kleinen Abmessungen der Mikrokanäle in der mikrofluidischen Vorrichtung führen nicht nur zu einer Miniaturisierung der Analysevorrichtung in ihrer Gesamtgröße, sondern bringen auch viele Mikro- und Nano-Effekte mit sich, welche die Leistungsfähigkeit der Analyse gegenüber üblichen Analysesystemen erheblich verbessern; wenn die Größe der Mikrokanäle abnimmt, nehmen die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmeübertragungsrate der Kanäle stark zu, sodass eine schnelle Analyse, Trennung oder eine andere komplizierte Handhabung der Probe ermöglicht werden kann; die Verringerung der Größe der Mikrokanäle hat auch einen geringeren Verbrauch an Herstellungsmaterial zur Folge und wirkt der geringen Steuerbarkeit der Kosten eines Chip-Sensors nach der Massenproduktion entgegen, was für die Kommerzialisierung von Chips vorteilhaft ist; außerdem verringert eine Verringerung der Größe der Mikrokanäle die Verbrauchsmenge der Probe und des Reagenz bei der Analyse und Detektion durch die mikrofluidische Vorrichtung, was eine wichtige Bedingung bei der Erzielung einer extrem hohen Einheitsinformationsmenge durch das parallele Analysieren bedingt.
• Wie in 3 und 4 gezeigt, ist der Mikrokanal 110 eine sattelförmige dünne Schicht. Solange der Mikrokanal 110 eine dünne Schicht ist, können für seine zweidimensionale Form verschiedene Formen wie z. B. Sattel, Rechteck, Ellipse oder dergleichen ausgewählt werden, um die Wirksamkeit der drei Elektroden beim Leiten der Lösung weiter zu erhöhen, wobei allerdings durch theoretische Analyse und Versuche gezeigt haben, dass der Mikrokanal 110 am besten eine sattelförmige dünne Schicht ist.
• Die Verbindungspositionen und Richtungen der Flüssigkeitszufuhrleitung 112 und der Flüssigkeitsabfuhrleitung 113 mit den Mikrokanälen 110 sind ebenfalls unterschiedlich gewählt, um ein ungehindertes Fließen der zu messenden Lösung durch den Mikrokanal 110 zu ermöglichen. Wie in 3 und 4 dargestellt, sind bei dem Mikrokanal 110 als eine sattelförmige dünne Schicht die Flüssigkeitszufuhrleitung 112 und die Flüssigkeitsabfuhrleitung 113 an jeweils zwei sattelförmigen Enden des Mikrokanals 110 angeschlossen und verlaufen in tangentialer Richtung zu diesen Enden.
• In der in 5 und 6 gezeigten Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen muss der Drei-Elektroden-Sensor 12 des Mikrofluidik-Detektionschips 1 mit einer elektrochemischen Arbeitsstation 2 verbunden sein. Zur weiteren Erleichterung der Elektrodenverbindung kann der Elektrodenanschluss der elektrochemischen Arbeitsstation 2 als USB-Schnittstelle 21 vorgesehen sein. Entsprechend ist der Schnittstellenbereich 124 des Drei-Elektroden-Sensors 12 als Stecker entsprechend dem Standard-USB-Format ausgebildet. Da die Standard-USB-Schnittstelle vier Kontakte hat, während die Elektrode des Drei-Elektroden-Sensors 12 nur drei Kontaktstifte 12f aufweist, müssen nur die Positionen und die Größen des Schnittstellenbereichs 124 und der Kontaktstifte 12f vorgesehen werden. Nach dem Einführen der USB-Schnittstelle 21 in den Schnittstellenbereich 124 berühren die drei Kontaktstifte 12f jeweils drei der vier Kontakte in der USB-Schnittstelle 21, wie in 6 gezeigt. USB ist die üblichste Kommunikationsschnittstelle, und die Auslegung des USB-Schnittstellenendes ermöglicht eine einfachere Verbindung der Elektroden mit einer elektrochemischen Arbeitsstation, was die schnelle Detektion vor Ort erleichtert.
• Die in 5 gezeigte Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen umfasst ferner einen Abfallflüssigkeitsbehälter 7, wobei eine Flüssigkeitsabfuhrleitung 113 der Mikrofluidik-Einheit 11 mit dem Abfallflüssigkeitsbehälter 7 über einen zweiten Schlauch 62 verbunden ist, um die Abfallflüssigkeit abzuführen und eine sekundäre Verunreinigung durch Abführen der Abfallflüssigkeit in die Umgebung zu vermeiden.
• Der grundlegende Ablauf der Detektion spezifischer Schwermetallionen in einer Lösung im ASV-Verfahren durch eine elektrodenmodifizierte Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen, die durch die oben genannten Ausführungsbeispiele bereitgestellt ist, ist wie folgt:
1. 1. Vorbehandlung der zu testenden Lösung: Hinzufügen einer Lösung von Bismutanionen (Bi³⁺) und einer sauren Basisflüssigkeit zu der zu testenden Lösung, die Schwermetallionen enthält.
2. 2. Anreicherung mit Schwermetallen: Anlegen einer negativen Spannung zwischen der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode durch die elektrochemische Arbeitsstation; Einschalten der Schlauchpumpe, Treiben der zu testenden Lösung durch die Flüssigkeitszufuhrleitung in den Mikrokanal und Starten der Vorelektrolyse unter Einwirkung der drei Elektroden, wobei die Schwermetallionen zu dem Elementmetall reduziert und an der Oberfläche der Arbeitselektrode angereichert werden, wobei die Abfallflüssigkeit über eine Flüssigkeitsabfuhrleitung abgeleitet wird; nach Beendigung der Vorelektrolyse wird die Peristaltikpumpe abgeschaltet, und die zu messende Lösung wird stehen gelassen.
3. 3. Auflösung von Schwermetallionen: Anlegen einer von negativ zu positiv abgetasteten Spannung zwischen der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode durch die elektrochemische Arbeitsstation, wobei sich die an der Arbeitselektrode angereicherten Schwermetalle sich wieder zu Schwermetallionen auflösen.
4. 4. Aufzeichnung der Volt-Ampere-Eigenschaften: Aufzeichnen des Stroms in der Arbeitselektrode und der Hilfselektrodenschleife und des Arbeitselektrodenpotentials während des Auflösungsprozesses, um die Auflösung-Volt-Ampere-Kurve zu erhalten.
5. 5. Berechnen der Konzentration der Schwermetallionen: Der Spitzenstrom i_p der zu messenden Lösung wird aus der Auflösung-Volt-Ampere-Kurve erhalten. Durch Vergleich von i_p mit dem Spitzenstromwert der Standardprobe mit bekannter Konzentration, der unter den gleichen Bedingungen erhalten wurde, kann die Konzentration bestimmter Schwermetallionen in der zu testenden Lösung erhalten werden.
• Im obigen Verfahren wird eine Bi³⁺-Lösung als vorelektrolysierter Elektrolyt zur zu testenden Lösung hinzugegeben. Bei der anschließenden ASV-Bestimmung der Spurenschwermetallanreicherung wird Bi³⁺ an der Arbeitselektrode zu Metall Bi reduziert und mit dem zu messenden reduzierten Schwermetall kombiniert, um einen Bismutlegierungsfilm, der an der Oberfläche der Arbeitselektrode adsorbiert wird, zu bilden, der einem Amalgam ähnlich ist, sodass beim Auflösungsprozess der Spitzenstrom entsteht. Die Rolle der Bismut-Membran bei der ASV-Detektion ist ähnlich zu der von Quecksilberfilm in herkömmlichen Quecksilberfilm-Elektroden, und der Ersatz des Quecksilberfilms durch den Bismutfilm kann die durch das hochtoxische Quecksilber verursachte Umweltverschmutzung vermeiden.
• Für die oben erwähnten Ausführungsbeispiele des vorliegenden Gebrauchsmusters wird allgemeines Wissen wie die spezifische Struktur und Eigenschaften, die in den technischen Lösungen bekannt sind, nicht zu ausführlich beschrieben; die Ausführungsbeispiele werden in einer schrittweisen Art und Weise beschrieben, und technische Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen erwähnt sind, können miteinander kombiniert werden, ohne in Widerspruch zueinander zu stehen, wobei gleiche oder ähnliche Teile zwischen den verschiedenen Ausführungsbeispielen sich aufeinander beziehen.
• In der Beschreibung des vorliegenden Gebrauchsmusters gilt, dass eine Orientierung oder eine Positionsbeziehung, die durch die Begriffen „oben“, „unten“, „Boden“ oder ähnliche Angaben angegeben ist, die auf der Grundlage der in den Zeichnungen gezeigte Orientierung oder Positionsbeziehung ist und lediglich zur Erleichterung einer Beschreibung des vorliegenden Gebrauchsmusters und zur Vereinfachung der Beschreibung angegeben wird, und nicht angeben oder implizieren soll, dass die betreffende Vorrichtung oder das betreffende Element notwendigerweise eine bestimmte Orientierung aufweist, mit einer bestimmte Orientierung ausgebildet ist und betrieben wird, und ist nicht als Einschränkung des vorliegenden Gebrauchsmusters aufzufassen. Darüber hinaus werden die Begriffe „erster“ und „zweiter“ nur zu beschreibenden Zwecken verwendet und sollten nicht so interpretiert werden, dass sie relative Bedeutung anzeigen oder implizieren.
• Die obigen Ausführungsbeispiele wurden lediglich beschrieben, um die technischen Lösungen des vorliegenden Gebrauchsmusters zu erläutern, und sollen keine Einschränkung darstellen. Obwohl das vorliegende Gebrauchsmuster unter Bezugnahme auf die oben erwähnten Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben wurde, kann der Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet die spezifischen Ausführungsformen des vorliegenden Gebrauchsmusters modifizieren oder in äquivalenter Weise ersetzen. Jegliche Änderung oder gleichwertige Ersetzung, die nicht vom Geist und Umfang des vorliegenden Gebrauchsmusters abweicht, fällt in den Schutzumfang der anhängigen Ansprüche des vorliegenden Gebrauchsmusters.
• Bezugszeichenliste

1

Mikrofluidik-Detektionschip

11

Mikrofluidik-Einheit

110

Mikrokanal

111

Elektrodennut

112

Flüssigkeitszufuhrleitung

113

Flüssigkeitsabfuhrleitung

12

Drei-Elektroden-Sensor

120

Bodenplatte

121

Arbeitselektrode

122

Hilfselektrode

123

Referenzelektrode

124

Schnittstellenbereich

12f

Kontaktstift

2

elektrochemische Arbeitsstation

21

USB-Schnittstelle

3

mobiler PC

4

Peristaltikpumpe

5

Behälter für zu testende Flüssigkeit

61

erster Schlauch

62

zweiter Schlauch

7

Abfallflüssigkeitsbehälter

Claims (5)

1. Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnelldetektionsplattform einen Mikrofluidik-Detektionschip (1), eine elektrochemische Arbeitsstation (2), einen mobilen PC (3), eine Peristaltikpumpe (4) und einen Behälter (5) für zu testende Flüssigkeit umfasst; wobei der Mikrofluidik-Detektionschip (1) eine Mikrofluidik-Einheit (11) und einen Drei-Elektroden-Sensor (12) umfasst; wobei das Innere der Mikrofluidik-Einheit (11) einen Mikrokanal (110) umfasst, wobei beide Enden des Mikrokanals (110) mit einer Flüssigkeitszufuhrleitung (112) bzw. einer Flüssigkeitsabfuhrleitung (113) versehen sind; wobei der Drei-Elektroden-Sensor (12) eine kartenartige Bodenplatte (120) und drei Elektroden umfasst, die an der Bodenplatte (120) befestigt sind, nämlich eine Arbeitselektrode (121), eine Hilfselektrode (122) und eine Referenzelektrode (123); wobei ein Ende der Bodenplatte (120) als Schnittstellenbereich (124) ausgebildet ist, wobei drei Kontaktstifte (12f) der drei Enden der Elektrodenleitungen im Schnittstellenbereich (124) angeordnet sind; wobei der Unterteil des Mikrokanals (110) mit einer Elektrodennut (111) verbunden ist, die zum Drei-Elektroden-Sensor (12) passt, wobei der Drei-Elektroden-Sensor (12) in die Elektrodennut (111) eingesetzt ist, wobei die drei Elektroden in den Mikrokanal (110) eingeführt sind, wobei der Schnittstellenbereich (124) außerhalb der Elektrodennut (111) verbleibt; ein erster Schlauch (61) zwischen dem Behälter für zu testende Flüssigkeit (5) und der Flüssigkeitszufuhrleitung (112) angeschlossen ist, wobei an dem ersten Schlauch (61) eine Peristaltikpumpe (4) angeordnet ist, wobei die Kontaktstifte (12f) der drei Elektroden jeweils mit einem entsprechenden Elektrodenanschluss an der elektrochemischen Arbeitsstation (2) verbunden ist, wobei der mobile PC (3) mit der elektrochemischen Arbeitsstation (2) zur Steuerung der Detektion und zur Datenerfassung verbunden ist.
2. Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnelldetektionsplattform ferner einen Abfallflüssigkeitsbehälter (7) umfasst, wobei die Flüssigkeitsabfuhrleitung (113) der Mikrofluidik-Einheit (11) mit dem Abfallflüssigkeitsbehälter (7) über einen zweiten Schlauch (62) verbunden ist, um die Abfallflüssigkeit abzuführen.
3. Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrokanal (110) der Mikrofluidik-Einheit (11) sattelförmige ist.
4. Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitszufuhrleitung (112) bzw. die Flüssigkeitsabfuhrleitung (113) an die beiden sattelförmigen Enden des Mikrokanals (110) angeschlossen sind und in einer Richtung tangential zu den Enden verlaufen.
5. Schnelldetektionsplattform für Schwermetallionen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenanschluss der elektrochemischen Arbeitsstation (2) als USB-Schnittstelle (21) ausgebildet ist, wobei der Schnittstellenbereich (124) des Drei-Elektroden-Sensors (12) gemäß USB-Format vorgesehen ist und direkt in die USB-Schnittstelle (21) eingeführt ist, wobei die Kontaktstifte (12f) mit drei Kontakten der USB-Schnittstelle (21) verbunden sind.

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