[发明专利]集成式总磷总氮微传感器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对水环境中总磷和总氮含量进行检测的微传感器系统，特别涉及一种集成有微型水样消解单元与微电极传感单元的总磷总氮微传感器系统及该系统的制造方法。

背景技术

磷是生物生长的必需元素之一，但是如果水中磷含量过高(超过0.2mg/L)，则会引起湖泊、河流等水体中藻类植物的过度生长，水体富营养化，水质变坏，易发生水华或者赤潮，无法饮用。水中总氮是指水中亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、无机氨盐、溶解态氨及大部分有机含氮化合物中氮的总和，其结果从总体上反映了水体富营养化的阶段和程度。在监测营养状态的26个湖泊(水库)中，呈富营养状态的湖(库)占46.2％，富营养化问题突出。因此，总磷、总氮已经成为监测我国主要河流、大型湖库的非常重要的监测指标。

目前无论是实验室的总磷、总氮国标检测方法，还是商用总磷、总氮在线检测仪的检测方法，对总磷、总氮的检测最终主要通过检测磷、氮物质转化成的磷酸根和硝酸根离子的浓度实现对总磷、总氮的检测。国标方法及商用的仪器检测磷酸根以及硝酸根离子采用分光光度法，需要结合光学分析设备实现检测，因此检测系统一般体积较大、价格昂贵，大量需要进口。采用电化学方法检测磷酸根和硝酸根具有设备简便、成本低廉，适于小型、现场、快速检测的优点。目前国内外尚未见对便携式总磷总氮自动测量系统的报道，尚未见基于微流控芯片的微型消解单元，更没有基于微型电极及微型消解单元的集成式总磷总氮微传感器系统。本发明将国标中的消解方法与电化学检测相结合，采用微加工工艺，形成基于微流控芯片的微型消解单元及总磷总氮电化学微型传感单元，通过集成化技术，实现适合现场、快速检测的集成式总磷总氮微传感器系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成式总磷总氮微传感器系统，满足水环境中总磷、总氮便携式、现场、快速检测的需求。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种集成式总磷总氮微传感器系统，其包括微型消解单元、微电极传感单元、板状上衬底和板状下衬底；

在板状下衬底上表面左侧设有至少一微型消解单元，右侧设有至少一微电极传感单元；

微型消解单元包括水样入口、清洗液入口、消解液入口、进样混合通道、消解池、热隔离槽、加热微电极和消解池出口，其中，水样入口、清洗液入口、消解液入口分别经流体通道与进样混合通道相连通，进样混合通道与消解池相连通，消解池出口与微电极传感单元相连通；消解池周围有多道弧形热隔离槽；

微电极传感单元，包括两个电解液入口、两个混合通道、两个反应池、两个微电极系统和两个废液出口，其中，消解池出口经流体通道分成两路，分别与两个电解液入口相连通，再经两路混合通道分别经两个反应池后，与两个废液出口相连通；两个微电极系统分别设于两个反应池(17)、(18)内部的上方；

水样入口、清洗液入口、消解液入口、消解池、两个反应池和两个废液出口均为圆形凹槽；

进样混合通道、热隔离槽、两个混合通道和流体通道均为条形凹槽；

板状上衬底覆于板状下衬底上表面，使圆形凹槽密封为容腔，条形凹槽密封为通道；板状上衬底上正对水样入口、清洗液入口、消解液入口、两个电解液入口和两个废液出口处，设有通孔；

两个微电极系统固接于板状上衬底下表面；

板状下衬底下表面，正对消解池容腔处，固设有加热微电极；加热微电极、两个微电极系统分别与电源连接。

所述的集成式总磷总氮微传感器系统，其所述板状上衬底覆于板状下衬底上表面，衬底材料是硅或玻璃，利用键合技术，将两片衬底结合在一起；进样混合通道、两个混合通道为“S”型结构。

所述的集成式总磷总氮微传感器系统，其所述加热微电极的材料为铂，采用溅射、蒸发的方法制备，表面覆盖有热绝缘材料；加热微电极也作为温度传感器测量消解池内的温度。

所述的集成式总磷总氮微传感器系统，其所述两个微电极系统，其中每个微电极系统都包括一个敏感电极、一个参比电极和一个钝化电极，Y状参比电极居中，敏感电极、钝化电极分居两侧，Y状参比电极的端部呈半圆状包围敏感电极、钝化电极的端部；电极采用等离子体溅射、蒸发以及电镀的方法加工，材料是铂或金；敏感电极表面修饰有对磷酸根和硝酸根敏感的材料；两个微电极系统分别对总磷和总氮检测。

所述的集成式总磷总氮微传感器系统，其所述敏感电极、钝化电极的有效区域为圆形，参比电极的有效区域为双拱形，敏感电极、钝化电极分别被参比电极的一个拱形结构所环绕。