CN110470808A - 基于手动进样器的水质多参量检测设备和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微全分析芯片领域，公开了一种基于手动进样器的水质多参量检测设备和检测方法及其应用。该水质多参量检测设备包括手动进样器，该手动进样器用于样品的预处理，其包括活塞、样品池、预处理部和出样部，所述预处理部与所述样品池可拆卸地密封连接，且所述预处理部连接所述出样部，所述预处理部用于进行样品的预处理；所述活塞密封所述样品池形成样品腔，通过所述活塞的移动可以改变所述样品腔的容积，并使所述样品腔中的样品经过所述预处理部并通过出样部压出。本发明的手动进样器中设置有预处理部，从而在加样的同时完成预处理过程，省去了单独进行预处理的操作，简化装置、节约时间。

Description

基于手动进样器的水质多参量检测设备和检测方法

技术领域

本发明涉及微全分析芯片领域，具体涉及一种基于手动进样器的水质多参量检测设备和检测方法。

背景技术

世界经济和工业的发展为人类带来巨大便利的同时，也使得污染物的排放在数量和种类上不断增加，环保问题日趋严重。在大力发展各类高精尖的分析仪器和检测技术的同时，小型便携式、简易快速的分析技术也成为一大研究热点，以补充大型仪器因操作繁琐、维护工作量较大、对实验室环境要求高、难以用于现场检测等的不足。

微全分析系统又称芯片实验室，是旨在将实验室所有功能集成在一个芯片上的一种分析技术，在分析技术的小型化、便携化、自动化方面显示出卓越的前景，成为近年来的一大研究热点。

微全分析系统目前还处于发展阶段，尚不能实际上实现芯片实验室的功能，因而涉及到需要进行前处理的分析实验时，一般是先手动完成前处理部分实验，再进入微全分析系统进行分析，限制了微全分析系统自动化、快速化、便携化的发展。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的预处理操作复杂费时等问题，提供一种基于手动进样器的水质多参量检测设备，该手动进样器中设置有预处理部，从而在加样的同时完成预处理过程，省去了单独进行预处理的操作，简化装置、节约时间。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于手动进样器的水质多参量检测设备，该水质多参量检测设备包括手动进样器，其中，该手动进样器用于样品的预处理，其包括活塞、样品池、预处理部和出样部，所述预处理部与所述样品池可拆卸地密封连接，且所述预处理部连接所述出样部，所述预处理部用于进行样品的预处理；所述活塞密封所述样品池形成样品腔，所述出样部位于所述预处理部的与所述活塞相对的一侧，通过所述活塞的移动可以改变所述样品腔的容积，并使所述样品腔中的样品经过所述预处理部并通过出样部压出。

优选地，所述样品池通过插接部、螺纹、卡扣或沟槽可拆卸地连接所述预处理部。

优选地，所述预处理部包括1个以上的预处理模块。

优选地，所述预处理模块选自过滤模块、富集模块、反应模块、分离模块和pH调节模块中的一种或多种。

优选地，所述预处理模块包括过滤模块、pH调节模块和反应模块。

优选地，2个以上所述预处理模块之间可拆卸地密封连接。

优选地，所述预处理模块的顶部设置有样品入口，所述预处理模块和所述样品池的底部均设置有样品出口，所述样品入口与所述样品出口彼此可拆卸地密封连接。

优选地，所述出样部设置在所述预处理部的与所述活塞相对的一侧的中间部。

优选地，所述样品池、所述活塞和所述预处理部均为柱形。

优选地，所述样品池为透明或半透明样品池，所述预处理部为透明或半透明预处理部。

优选地，所述活塞与所述样品池形成套筒结构。

优选地，所述活塞与所述样品池旋接或通过弹性密封部件连接。

优选地，该水质多参量检测设备还包括一个以上检测部件；更优选地，所述检测部件为色度检测部件、吸光度检测部件、荧光信号检测部件、拉曼信号检测部件和红外光谱检测部件中的一种或多种。

优选地，该水质多参量检测设备还包括进样部件、带动芯片转动的驱动部件、信号采集部件、数据处理部件、数据输出部件和数据传输部件中的一种或多种。

本发明还提供一种水质多参量检测方法，该方法用于对水质进行多参量检测，其中，通过移动上述手动进样器的活塞，使所述样品腔中的样品经过所述预处理部并通过出样部压出，以对样品进行预处理。

本发明还提供上述水质多参量检测设备或上述水质多参量检测方法在环境污染物检测、体外诊断或微全分析芯片等领域的应用。

通过上述技术方案，本发明的水质多参量检测设备具有如下优点：

1)在进样的同时可以完成预处理操作，大大方便了微全分析系统的自动化、快速化、便携化；

2)减少前处理操作和外部设备的使用，大大降低了微全分析系统的体积和复杂度；

3)预反应模块为相互独立的、可拆卸的，可根据需要随时组装或拆除；

4)通过对样品进行预处理，防止非反应性物质进入芯片，使得分析结果更加准确；

5)通过更换具有不同接口的预处理部件，可以便于与各种型号的芯片配合使用，扩大了手动进样器的应用范围。

附图说明

图1是本发明的用于样品预处理的手动进样器的结构示意图；

图2是本发明的预处理模块的结构示意图

附图标记说明

1、活塞 2、样品池

3、预处理部 4、出样部

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指附图的上、下、左、右。

本发明提供的基于手动进样器的水质多参量检测设备，该水质多参量检测设备包括例如图1-2所示的手动进样器，其中，该手动进样器包括活塞1样品池2、预处理部3和出样部4，所述预处理部3与所述样品池2可拆卸地密封连接，且所述预处理部3连接所述出样部4，所述预处理部3用于进行样品的预处理；所述活塞1密封所述样品池2形成样品腔，所述出样部4位于所述预处理部3的与所述活塞1相对的一侧，通过所述活塞1的移动可以改变所述样品腔的容积，并使所述样品腔中的样品经过所述预处理部3并通过出样部4压出。

通过使用本发明的上述基于手动进样器的水质多参量检测设备，可以在进样过程中同时进行样品的预处理，大大简化了预处理操作的操作，有利于复杂操作场景下的样品加样。所述手动进样器的使用方式没有特别的限定，在进样过程中，图1中的下方可以朝向任意方向使用，同样可以完成样品预处理和进样操作。

作为本发明中的样品预处理，可以是过滤、富集、分离、pH调节、反应等等。例如，针对污水样品的预处理，需要依次进行过滤、pH调节等操作；针对目标物含量较低样品的预处理，需要依次进行过滤、富集等操作。

根据本发明，为了配合样品需要的多种预处理操作，所述预处理部3优选包括1个以上的预处理模块，优选为2个以上，更优选为2-5个，进一步优选为2-3个。

作为每个预处理模块中进行的预处理操作，能够根据所进样的样品进行选择。具体地，所述预处理模块选自过滤模块、富集模块、分离模块、pH调节模块和反应模块中的一种或多种。作为过滤模块，其中可以设置有纤维、多孔性固体、堆积介质等，例如聚丙烯纤维、玻璃纤维、活性炭、砾石中的一种或多种，其中优选为聚丙烯纤维、玻璃纤维；作为富集模块，其中可以设置有氧化铝、氧化硅、靶向载体；作为反应模块，其中可以包括需要的反应物，例如与氯化物进行沉淀反应的硫酸汞。

例如，进行污水中磷酸盐测定样品的预处理时，所述预处理模块包括过滤模块、pH调节模块和预反应模块；进行水中多环芳烃测定样品的预处理时，所述预处理模块包括过滤模块和富集模块。如图1所示，所述预处理部3包括第一预处理模块3a、第二预处理模块3b、第三预处理模块3c，用于污水中磷酸盐测定样品的预处理时，三者分别是过滤模块、pH调节模块和反应模块。

根据本发明，通过将所述预处理部3与所述样品池2可拆卸地连接，可以方便设置不同的预处理模块，从而使手动进样器满足不同样品预处理和进样的需求，并且可以便于配合不同的待加样装置，例如微全分析芯片、微流控芯片。所述预处理部3可以连接在所述样品池2的底部，也可以设置在所述样品池2的内部，优选连接在所述样品池2的底部。

作为可拆卸地连接的方式，所述样品池2可以通过插接部、螺纹、卡扣或沟槽可拆卸地连接所述预处理部3。通过螺纹进行连接时，可以在所述样品池2的底部设置与如图2所示的预处理部3的样品入口相匹配的样品出口，例如，所述样品出口例如可以为管状，并在该样品出口设置外螺纹，同时在所述预处理部3的顶部设置与上述样品出口相配合的样品入口，并在该样品入口设置内螺纹。然后将上述样品入口与样品出口旋接，从而完成所述预处理部3与所述样品池2可拆卸地连接。通过卡扣进行连接时，可以在所述样品池2的底部和所述预处理部3的顶部分别设置相配合的卡扣，卡扣例如可以设置在所述样品池2和预处理部3的侧壁和连接面上。上述卡扣的结构没有特别的限定，只要使所述预处理部3与所述样品池2可拆卸地连接即可。

根据本发明，所述预处理部3包括2个以上的预处理模块时，优选2个以上所述预处理模块之间可拆卸地密封连接，从而可以自由组合实现不同的预处理过程。所述预处理模块之间可拆卸连接的方式可以与所述预处理部3和所述样品池2之间可拆卸连接的方式相同。具体地，可以在所述预处理模块的顶部设置有样品入口，并在所述预处理模块和所述样品池的底部均设置有样品出口，所述样品入口与所述样品出口彼此可拆卸地密封连接。由此，可以在各个预处理模块之间，以及预处理部3和样品池2之间，例如上述样品入口和样品出口处均设置上述插接部、螺纹、卡扣或沟槽等，从而实现样品池2和各个预处理模块之间均可拆卸地连接。

为了提高样品池2和预处理部3的密封性，例如可以在样品池2和预处理部3的连接部之间的密封性能，可以根据需要在二者之间进一步设置密封辅助部件，例如密封垫片等，从而提高进样器的密封性，保证进行过程顺利进行。

根据本发明，所述样品池2、所述活塞1和所述预处理部3的形状没有特别的限定，优选均为柱形，更优选圆柱形。所述样品池2和所述活塞1可以形成为套筒结构，其中所述活塞1可以作为外筒或者内筒。从便于加样的角度考虑，优选所述活塞1作为内筒，所述样品池2作为外筒。为了方便进行进样，所述活塞1的顶部可以具有面积更大的端部，从而便于手动推动该活塞1。

根据本发明的一个优选的实施方式，所述活塞1与所述样品池2旋接或通过弹性密封部件连接。

根据本发明，所述出样部4设置的位置没有特别的限定，所述出样部4设置在所述预处理部3的与所述活塞1相对的一侧的中间部。

根据本发明，为了保证样品在加样过程中全部进入待加样的装置(例如微全分析芯片)中，优选使所述加样部与待加样的装置密封连接，具体地，可以使所述出样部4具有螺纹结构或弹性密封部件，从而可以通过所述加样部与待加样的装置旋接或者通过密封部件密封该接口部分。

上述螺纹结构可以为内螺纹结构或外螺纹结构，只要与待加样的装置密封连接即可。所述柔性密封部件可以为橡胶塞等，具体可以使出样部设置在所述橡胶塞内部，完成密封连接时通过橡胶塞密封待加样的装置的进样口即可。

根据本发明的一个优选的实施方式，为了保证在活塞1和样品池2之间的密封，例如可以在活塞1和/或样品池2连接的部分进行磨砂处理；也可以在活塞1的底部设置软质密封部件(如惰性橡胶/硅胶等材质的垫圈等)。

根据本发明，为了便于观察样品的进样情况，所述样品池2为透明或半透明样品池，所述预处理部3为透明或半透明预处理部。作为所述样品池2和所述样品池该1的材质，例如可以选自玻璃、聚丙烯、石英、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯中的一种或多种。其中优选为玻璃。通过将活塞1和样品池2设置为透明或半透明，能够随时观察掌握样品池内的液体和气体状态，便于控制加样过程。

在本发明中，该水质多参量检测设备还可以包括芯片检测装置。

根据本发明，所述检测部件没有特别的限定，可以用于芯片检测的各种检测部件，例如所述检测部件可以为色度检测部件、吸光度检测部件、荧光信号检测部件、拉曼信号检测部件和红外光谱检测部件中的一种或多种。其中优选为吸光度检测部件和/或荧光检测部件。

为了便于检测的进行，芯片能够以便于检测的任意方式固定在所述芯片检测装置中，例如可以固定、可旋转或者可滑动的方式。

根据本发明的一个优选的实施方式，所述检测部件由光源、分路光纤和光谱设备构成。所述光源用于产生进行测试所需波长的光，所述分路光纤用于同时检测多个反应池内光学信号，所述光谱设备用于收集产生的或经过吸收后的光信号。当需要对不同位置的反应池进行检测时，所述分路光纤可以将检测的入射光分为多路，从而快速完成检测。

根据本发明，为了实现功能集成，该水质多参量检测设备还可以包括进样部件、信号采集部件、数据处理部件、数据输出部件和数据通信部件中的一种或多种。作为该水质多参量检测设备的一种优选实施方式，还包括数据处理部件、数据输出部件、数据传输部件。作为所述数据处理部件，可以是包括控制器、运算器和寄存器的中央处理器等；作为所述数据输出部件，可以包括具有图形输出功能的显示屏、触摸屏、语音输出等；作为所述数据传输部件，可以将原始数据上传至远程服务器进行远程处理，再将结果直接返回至指定终端，也可以将数据处理部件产生的处理后的信息远传至云端进行信息收集。

本发明还提供了一种水质多参量检测方法，该方法用于对水质进行多参量检测，其中，通过移动上述手动进样器的活塞1，使所述样品腔中的样品经过所述预处理部3并通过出样部4压出，以对样品进行预处理。通过使用本发明的手动进样器进行进样，可以在进样的同时完成对样品的预处理，简化了预处理和进样操作，非常有利于便携式检测系统的需求；并且所述预处理部3能够选择不同的预处理模块，可以自由组合需要进行的预处理步骤，适应不同样品预处理的需求。

在发明中，所述样品没有特别的限定，只要可以用芯片进行反应或检测等操作的液体样品即可，例如可以为水样、体液样品、液体食品等。

本发明还提供了上述水质多参量检测设备或水质多参量检测方法在环境污染物检测、体外诊断或微全分析芯片等领域的应用。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

本实施例用于说明基于手动进样器的水质多参量检测设备，该装置包括能够进行过滤预处理的手动进样器。

使用的手动进样器包括活塞1、样品池2、预处理部3和出样部4，活塞1、样品池2和预处理部3均为圆柱形、透明的玻璃材质。

所述预处理部3为过滤模块。该过滤模块的结构如图2所示，其内部设置有聚丙烯纤维滤片；其顶部设置样品入口，在该样品入口的侧壁上设置有内螺纹。在样品池2的底部设置样品出口，在该样品出口的侧壁上设置有外螺纹，将预处理部3的样品入口与样品池2的样品出口旋接，使预处理部3与样品池2可拆卸地密封连接。

预处理部3的样品出口作为出样部4，出样部4位于预处理部3底部的中间部，其侧壁上设置有用于与微全分析芯片旋接的外螺纹。

活塞1可以密封样品池2形成样品腔，通过手动推动使活塞1移动可以改变样品腔的容积，并使样品腔中的样品经过预处理部3并通过出样部4压出。

开始进样前，打开活塞1，向进样器内注入1mL浑浊水样，关闭活塞1，将该进样器与微全分析芯片的进样口旋接，然后推动活塞1使样品腔的容积缩小，样品经过预处理部3的滤片过滤后进入微全分析芯片进行参数分析。另外，观察进入芯片的水样，未见无颗粒状杂质。

实施例2

本实施例用于说明基于手动进样器的水质多参量检测设备，该装置包括能够进行富集预处理的手动进样器。

使用与实施例1相同的手动进样器，不同的是，预处理部3为富集模块，其内部设置有用于富集样品中的有机物的功能硅胶。

开始进样前，打开活塞1，向进样器内注入1mL浑浊水样，关闭活塞1，将该进样器与微全分析芯片的进样口旋接，然后推动活塞1使样品腔的容积缩小，样品经过预处理部3的功能硅胶富集有机物后进入微全分析芯片进行参数分析。

将进样器从微全分析芯片上取下，装到另一微全分析芯片上，打开活塞1，在样品池中注入一定量的甲醇等有机溶剂，重新盖上活塞并以旋转方式向下推进，将富集在硅胶模块中的有机物冲洗进入微全分析芯片，从可以对富集的有机物进行分析。

实施例3

本实施例用于说明基于手动进样器的水质多参量检测设备，该装置包括能够进行预处理反应的手动进样器。

使用与实施例1相同的手动进样器，不同的是，预处理部3为反应试剂模块，其内部设置有用于除去水样中的氯化物的硫酸汞试剂，该试剂通过筛板封闭。

开始进样前，打开活塞1，向进样器内注入1mL浑浊水样，水样内含有待检测的耗氧有机物(检测指标为COD)，关闭活塞1，将该进样器与微全分析芯片的进样口旋接，然后推动活塞1使样品腔的容积缩小，待测样品在压力作用下进入预处理部，依次通过过滤模块除去水中的固体杂质、通过反应模块除去水样中的氯化物后，进入微全分析芯片进行分析。

实施例4

本实施例用于说明基于手动进样器的水质多参量检测设备，该装置包括能够进行过滤、富集和反应预处理的手动进样器。

使用如图1所示的手动进样器，其包括活塞1、样品池2、预处理部3和出样部4，活塞1、样品池2和预处理部3均为圆柱形、透明的玻璃材质。

所述预处理部3包括过滤模块3a、富集模块3b、反应模块3c。每个模块的结构均如图2所示，过滤模块3a内部设置有玻璃纤维，富集模块3b内部设置有用于富集水体中的有机物的功能硅胶，模块3c内部设置有用于除去样品中的氯化物的硫酸汞试剂。每个模块的顶部均设置有样品入口，在该样品入口的侧壁上设置有内螺纹。在样品池2和每个模块的底部均设置有样品出口，在该样品出口的侧壁上设置有外螺纹，将预处理部3的过滤模块3a、富集模块3b、反应模块3c依次两两旋接，从而使预处理部3与样品池2可拆卸地连接。

所述预处理部3的样品出口作为出样部4，出样部4位于预处理部3底部的中间部，其侧壁上设置有用于与微全分析芯片旋接的外螺纹。

所述活塞1可以密封样品池2形成样品腔，通过手动推动使活塞1移动可以改变样品腔的容积，并使样品腔中的样品经过预处理部3并通过出样部4压出。

开始进样前，打开活塞1，向进样器内注入1mL浑浊水样，关闭活塞1，将该进样器与微全分析芯片的进样口旋接，然后推动活塞1使样品腔的容积缩小，样品经过预处理部3的过滤模块3a、富集模块3b、反应模块3c依次进行固体杂质去除、有机物吸附富集、水中氯化物去除后进入微全分析芯片进行参数分析。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种基于手动进样器的水质多参量检测设备，其特征在于，该水质多参量检测设备包括手动进样器，该手动进样器用于样品的预处理，其包括活塞(1)、样品池(2)、预处理部(3)和出样部(4)，

所述预处理部(3)与所述样品池(2)可拆卸地密封连接，且所述预处理部(3)连接所述出样部(4)，所述预处理部(3)用于进行样品的预处理；

所述活塞(1)密封所述样品池(2)形成样品腔，所述出样部(4)位于所述预处理部(3)的与所述活塞(1)相对的一侧，通过所述活塞(1)的移动可以改变所述样品腔的容积，并使所述样品腔中的样品经过所述预处理部(3)并通过出样部(4)压出。

2.根据权利要求1所述的水质多参量检测设备，其中，所述样品池(2)通过插接部、螺纹、卡扣或沟槽可拆卸地连接所述预处理部(3)。

3.根据权利要求1所述的水质多参量检测设备，其中，所述预处理部(3)包括1个以上的预处理模块；

优选地，所述预处理模块选自过滤模块、富集模块、反应模块、分离模块和pH调节模块中的一种或多种；

优选地，所述预处理模块包括过滤模块、pH调节模块和反应模块；

优选地，2个以上所述预处理模块之间可拆卸地密封连接；

优选地，所述预处理模块的顶部设置有样品入口，所述预处理模块和所述样品池的底部均设置有样品出口，所述样品入口与所述样品出口彼此可拆卸地密封连接。

4.根据权利要求1所述的水质多参量检测设备，其中，所述出样部(4)设置在所述预处理部(3)的与所述活塞(1)相对的一侧的中间部。

5.根据权利要求1所述的水质多参量检测设备，其中，所述样品池(2)、所述活塞(1)和所述预处理部(3)均为柱形。

6.根据权利要求1所述的水质多参量检测设备，其中，所述样品池(2)为透明或半透明样品池，所述预处理部(3)为透明或半透明预处理部。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的水质多参量检测设备，其中，所述活塞(1)与所述样品池(2)形成套筒结构。

8.根据权利要求7所述的水质多参量检测设备，其中，所述活塞(1)与所述样品池(2)旋接或通过弹性密封部件连接。

9.根据权利要求1-6中任意一项所述的水质多参量检测设备，该水质多参量检测设备还包括一个以上检测部件；

优选地，所述检测部件为色度检测部件、吸光度检测部件、荧光信号检测部件、拉曼信号检测部件和红外光谱检测部件中的一种或多种。

10.根据权利要求1-6中任意一项所述的水质多参量检测设备，该水质多参量检测设备还包括进样部件、带动芯片转动的驱动部件、信号采集部件、数据处理部件、数据输出部件和数据传输部件中的一种或多种。

11.一种水质多参量检测方法，该方法用于对水质进行多参量检测，其特征在于，通过移动权利要求1-10中任意一项所述的手动进样器的活塞(1)，使所述样品腔中的样品经过所述预处理部(3)并通过出样部(4)压出，以对样品进行预处理。

12.根据权利要求1-10中任意一项所述的水质多参量检测设备或权利要求11所述的水质多参量检测方法在环境污染物检测、体外诊断或微全分析芯片领域的应用。