[发明专利]一种检测水体中铬离子形态的离心式微流控芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测水体中铬(Cr)离子形态的离心式微流控芯片及其制备方法，该离心式微流控芯片表面有微结构和微通道，在离心机旋转产生的离心力驱动下，实现水体中Cr离子与集成在离心式微流控芯片上的萃取柱的富集与分离，以电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分别检测水体中总Cr含量和萃取液中Cr⁶⁺含量，从而获得水体中Cr³⁺的含量，实现对环境水样中Cr离子形态的分析，主要应用于环境科学、医药学、食品科学等相关领域。

背景技术

Cr是自然界与地壳中普遍存在的元素，由于人类在工业生产中的过量使用，使得土壤与水体遭到不同程度的Cr污染。Cr离子在自然环境中不同条件下具有不同的形态，其化学行为和毒性大小与离子形态密切相关。Cr³⁺是人体新陈代谢必需的微量元素之一，而Cr⁶⁺却是致癌性相当强的巨毒污染物质，对Cr离子形态进行分析就显得尤为重要。美国国家环境保护局规定，饮用水中总Cr的最大污染水平为100μg/L，而中国地面水环境质量标准规定Cr⁶⁺的最大污染水平为100μg/L。因此，对Cr离子形态进行分析在环境科学、医药学、食品科学方面具有十分重要的意义。

单一的仪器或技术很难完成金属形态的分析，采用多种技术联用是现代分析科学的重要研究和分析手段。高效液相色谱(HPLC)和ICP-MS联用是最常用的金属形态分析方法，将ICP-MS用作HPLC的检测器，跟踪被测元素(如Cr)在不同形态中的信号变化，从而完成对金属形态进行定性和定量分析。HPLC在样品前处理的准确性和分析灵敏度等方面均具有优势，但HPLC存在设备昂贵、笨重、功耗大的问题，不适合做现场实时分析检测。

因此，发展一种便捷、快速、高效、低成本的Cr离子形态分析技术，是环境科学等领域的迫切需求。近年来，分析检测仪器的微型化已成为分析化学中一个重要的研究方向，微流控芯片分析技术是其中最活跃的一支，无论是在科研还是应用领域都获得了广泛的重视。微流控芯片作为一种新型的分析检测平台，具有高通量、集成化、多重平行分析、便携式、易操作、成本低等优点，已经在环境检测相关领域获得了广泛应用。然而，采用圆片状芯片，在其表面制备微结构和微通道，依靠离心力驱动样品微流体，同时完成数个样品分析的离心式微流控芯片分析技术，目前在快速分析Cr离子形态的应用领域尚未有实质性的突破。

发明内容

本发明的目的是提供了一种检测水体中Cr离子形态的离心式微流控芯片及其制备方法，其特征在于该离心式微流控芯片是有微结构和微通道的圆片状芯片，以离心机旋转产生的离心力为样品微流体的驱动力，完成水体中Cr离子与萃取柱的富集和分离，通过ICP-MS分别检测水体中总Cr含量和萃取液中Cr⁶⁺含量，从而获得水体中Cr³⁺含量，实现对环境水体中Cr离子形态的分析检测。离心机的旋转平台专为圆片状芯片设计的，中心以吸盘、卡槽或螺丝-螺母固定圆片状离心式微流控芯片。圆片状离心式微流控芯片由刻有微米级别的微结构和微通道的芯片和粘性薄膜封合而成，微结构和微通道通过微加工技术制备，包括样品池、萃取液池、微孔和微通道。

为实现上述目的，本发明采用以下的操作步骤：

(1)用计算机辅助设计软件设计和绘制离心式微流控芯片中各层芯片的微结构和微通道图形。

(2)通过微加工技术在各层微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微结构和微通道，包括样品池、萃取液池、微孔和微通道。

(3)在固相萃取微通道中填充固体萃取柱填充料，制成固相萃取柱。

(4)利用双层粘性薄膜，将各层离心式微流控芯片对齐、粘合、加压封合，组成检测Cr离子形态的离心式微流控芯片。

(5)启动离心机，待测水样通过固相萃取柱进行萃取分离后，萃取液进入萃取液池。

(6)用移液枪抽取萃取液，置入ICP-MS中测定萃取溶液中Cr⁶⁺含量。

(7)用ICP-MS测定待测水样中总Cr含量，用总Cr含量减去Cr⁶⁺含量，得到水样中Cr³⁺含量。

本发明中，检测Cr离子形态的离心式微流控芯片的芯片基材可以是PMMA、PC、PVC、COC、铜、铝、不锈钢、硅片、玻璃圆片，也可是市售的各类普通CD光盘。