[發明專利]用于連續監測水中鉻的微流控芯片及包含它的測鉻裝置

在審

• 申請號: 201380075382.8
• 申請日: 2013-11-12
• 公開（公告）號: CN105102976A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 韓宗勛;安宰勛;繕井硲
• 申請（專利權）人: 浦項工科大學校產學協力團
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18;G01N21/76;G01N31/22;G01N21/77
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 李慧慧;鄭霞

技術領域

本發明涉及一種利用化學發光法連續監測存在于水中的鉻濃度的微流控芯片及包含它的測鉻裝置。

背景技術

鉻是主要用于合金、顏料、皮革、紡織工業、催化劑、木材防腐劑等的物質，由于具有化學穩定性多用作防止金屬腐蝕的鍍金材料。隨著上述的工業生產活動的增加，鉻的排放造成了地表水及地下水的污染。

天然鉻離子以多種化合價形式存在，但水中只存在最穩定的鉻(III)和鉻(IV)。鉻(III)是參與葡萄糖、膽固醇、脂肪等代謝的必要營養素，如果缺少鉻(III)，體重就會減少，還會造成從血液中清除葡萄糖的功能受損。而且，如果鉻(III)長時間接觸皮膚，可能會導致過敏或者癌癥。但是，鉻(III)對水的溶解度以及對生物膜的滲透性較低，因此一般認為毒性不高。與此不同，鉻(IV)對水的溶解度和遷移率較高，而且氧化能力和對生物膜的滲透性較高，會給腎、肝、肺等各種內臟器官帶來不良影響，還會引起皮膚或黏膜的炎癥。

如上所述，由于鉻(III)和鉻(IV)的不同特性和毒性，對這些各自的濃度準確地進行分析非常重要。尤其，鉻(III)和鉻(IV)根據環境通過氧化還原反應彼此容易被轉化，因此需要對水質持續進行監測。根據韓國的水污染物排放標準，在水資源保護區內被允許的總鉻濃度為0.5ppm，在其他地區則限制為2ppm以下，而鉻(IV)的濃度在水資源保護區為0.1ppm，在其他地區則限制為0.5ppm以下。此外，美國環境保護局(EnvironmentalProtectionAgency，EPA)規定鉻(IV)為致癌物質，飲用水中被允許的總鉻濃度限制在0.1ppm以下。

在用于分析水中鉻的現有技術中，利用化學發光反應的鉻分析是測定如以下[反應式1]所示在堿性條件下及鉻(III)催化劑存在下被過氧化氫氧化的魯米諾(luminol，5-amino-2，3-dihydro-1，4-phthalazinedione)所發出的光線(425nm)的強度。此時發出的光線的強度與鉻(III)的濃度成比例，因此通過測定光線的強度可以對鉻(III)進行定量分析。

[反應式1]

對于鉻(IV)而言，因為不直接參與魯米諾的化學發光反應，所以在酸性條件下使用還原劑將鉻(IV)還原成鉻(III)后，對總鉻濃度進行分析。鉻(IV)被還原成鉻(III)的反應如[反應式2]所示。

[反應式2]

通過化學發光法對鉻(III)和鉻(IV)進行分析的方法如下：首先，將試樣與還原劑進行反應，使試樣中的鉻(IV)被還原成鉻(III)后，再測定總鉻濃度。同時，不使用還原劑測定鉻(III)的濃度，再計算出總鉻與鉻(III)的濃度之差就可得到鉻(IV)的濃度。現有技術適用所述的方法開發出了用于分析水中鉻的微流控芯片，但是存在如下問題。

第一、在堿性條件下由過氧化氫引起的魯米諾氧化反應由于反應速速非常快，為了有效地測定最大化學發光，需要盡量減小注入魯米諾和過氧化氫的化學發光試劑混合通道的長度。而且，為了準確地分析鉻(IV)的濃度，應當將試樣中的鉻(IV)100％還原成鉻(III)，因而需要充分的反應時間。因此，應當設計成還原通道的長度相對長于化學發光試劑混合通道的長度。然而，在現有技術中，化學發光試劑混合通道的長度與用于使鉻(IV)被還原成鉻(III)的還原通道的長度相同，因此無法準確地檢測出鉻(III)和鉻(IV)的濃度，而且檢測靈敏度下降。

第二、利用魯米諾的化學發光反應不僅在鉻(III)的存在下產生，還會在其他金屬離子(鐵(II)、鈷(II)、銅(II)、鎳(II)等)的存在下產生。現有技術沒有考慮到對這些干擾物質的效果，因此無法選擇性分析試樣中鉻的濃度。

第三、因為與分析鉻(III)時注入的蒸餾水混合的過程中試樣的pH值發生變化，存在其他金屬離子的現場試樣中會生成鉻(III)和金屬離子的混合結晶，進而可能會發生鉻(III)也一起沉淀的共沉淀現象。如果發生共沉淀現象，就會造成注入微流控芯片的試樣中的鉻(III)濃度減少，進而導致分析誤差，所述沉淀還會造成微流控芯片被堵塞。

第四、為了分析鉻(III)和鉻(IV)，需要兩個校準曲線(calibrationcurve，總鉻和鉻(III)的校準曲線)。

第五、由于微流控芯片用透明玻璃基板制作周圍的光線進入檢測器，因此檢測靈敏度下降，還會導致裝置運用變得困難。

發明內容

技術問題