[發明專利]一種微型集成式紫外-熱復合消解芯片

有效

• 申請號: 201010282765.0
• 申請日: 2010-09-15
• 公開（公告）號: CN102401761A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 佟建華;王敏銳;邊超;夏善紅;孫楫舟;李洋;白銀;卞賀明;薛茜男
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所;中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G01N1/44
• 分類號: G01N1/44
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及微量檢測技術領域，是一種微型集成式紫外-熱復合消解芯片，可針對水環境中COD、總磷、總氮含量進行快速檢測，是一種基于紫外發光二極管(LED)及微流控技術的集成式快速消解芯片。

背景技術

根據中國環保部2009年6月4日發布的《2008年中國環境狀況公報》顯示：我國地表水污染依然嚴重。長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河和遼河等七大水系中近一半河段嚴重污染。水環境監測對象非常復雜，且數量眾多。COD(化學需氧量)、總磷(Total?Phosphorus-TP)、總氮(TotalNitrogen-TN)是水質監測的三個重要常規指標。COD是衡量水中有機物質含量多少的指標，化學需氧量越大，則水體受到有機物的污染越嚴重；總磷是水中各種形態的磷的總和，其主要來源為生活污水、化肥、有機磷農藥及近代洗滌劑所用的磷酸鹽增潔劑等；總氮指的是水中有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮的總和，主要來自農業生產中的化肥流失。總磷、總氮超標會引起湖泊、河流等水體污穢異臭，水體中藻類植物的過度生長，水體富營養化，水質變壞，易發生水華或者赤潮，無法飲用。

目前無論是實驗室的COD、總磷、總氮國標檢測方法，還是商用在線檢測儀的檢測方法，對COD、總磷、總氮的檢測都需要通過使用強氧化劑，將未經過濾的水樣消解；消解時測試溶液應密閉置于高壓蒸氣消毒器中加熱，在一定的壓力和溫度下，保持一段時間，把水樣中的有機物質轉化成二氧化碳和水；將水樣中所含的磷，包括溶解的、顆粒的、有機的和無機磷，全部氧化為正磷酸鹽，同理把水樣中含氮化合物完全轉化為硝酸鹽。在經過各自的處理之后，在一定的波長下測定吸光度，計算得到COD、總磷、總氮的含量

對于COD、總磷、總氮的消解，國標方法通常選用高壓蒸氣消毒器作為消解裝置，尺寸較大，能耗高，很難實現便攜使用，商用的分析儀器所用的消解系統也具有上述特點。隨著微加工技術的不斷發展，基于電化學、生物技術的微小型傳感器不斷涌現，亟需與之配套的微小型消解系統。目前國內外尚未見針對水環境中COD、總磷、總氮檢測的微型消解系統的報道，尚未見將基于紫外LED的光學消解方法與基于微流控芯片的微型熱消解方法相結合的復合消解方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種微型集成式紫外-熱復合消解芯片，以滿足水環境中COD、總磷、總氮便攜式、現場、快速檢測的需求。

為實現上述目的，本發明的技術解決方案是：

一種微型集成式紫外-熱復合消解芯片，其包括微型紫外LED陣列發光單元、微型熱消解單元；其中，

微型紫外LED陣列發光單元，包括上襯底、中間層、多個微小紫外LED發光體、兩電極點；上襯底下表面中部固設有多個微小紫外LED發光體集成的陣列，陣列依上襯底長向排列，長向兩端固接有兩電極點，兩電極點分別與LED發光體集成的陣列兩端電連接；上襯底的長與中間層的寬相等，將兩者長向正交后疊置，LED發光體集成的陣列位于中間層上表面中部，通過鍵合技術將上襯底下表面和中間層上表面牢固、永久性鍵合在一起；

中間層長向兩端各設一通孔，通孔位于上襯底沒覆蓋部分，一通孔為入口，另一通孔為出口；

微型熱消解單元，包括下襯底、消解單元、加熱系統，

中間層的外形與下襯底的外形相同，中間層下表面和下襯底上表面牢固、永久性鍵合在一起；

消解單元包括消解腔、凹槽、通道；上襯底和中間層之間的LED發光體集成的陣列正對下襯底上表面中部，下襯底上表面中部設有一個微型圓型消解腔，消解腔兩側各設一凹槽，消解腔在下襯底上表面縱向上經通道分別與凹槽相通連；凹槽分別與入口、出口的位置相對、直徑相同，并相通連；

下襯底的下表面設有加熱系統，加熱系統位于消解腔正下方，包括加熱電極、隔離槽、電加熱絲；盤成圓形的電加熱絲位于消解腔底部下方，其兩端各接有一加熱電極；在圓形電加熱絲的外周圓，設有多個不相連的弧狀隔離槽，弧狀隔離槽放射狀圍在圓形電加熱絲的外側，組成多個環。

所述的微型集成式紫外-熱復合消解芯片，其所述消解腔、兩凹槽的深度為20-200μm，消解腔的直徑為50-2000μm，兩凹槽的直徑為50-1000μm。

所述的微型集成式紫外-熱復合消解芯片，其所述LED發光體集成的陣列和兩電極點的襯底與上襯底下表面鍵合在一起，LED發光體集成的陣列所在平面與中間層的上表面相接觸；

LED發光體集成的陣列和兩電極點的襯底材料是藍寶石，或碳化硅、氮化鎵材料；