基于微流控-环流分析的高精度原位海水pH分析系统和分析方法

摘要

本发明提供了一种基于微流控‑环流分析的高精度原位海水pH分析系统和分析方法，所述分析系统包括具有环流混合结构的微流控芯片、过滤头、海水管路、指示剂袋、指示剂管路、排废管路、高亮白光LED灯、光纤和光谱仪。本发明采用微流控芯片技术，可在芯片上完成样品的定量混合与检测，减小了仪器体积，节约了试剂用量，体系集成度高，适合原位测定；芯片具有环流混合结构，海水和指示剂通过芯片通道定量后，两个定量通道形成一个闭合环路，由压电泵驱动海水和指示剂在环路中流动混合，实现两者的恒定比例完全混合。本发明提高了测量系统的精密度，同时免去了实验室内对指示剂干扰校正的操作步骤，节省了人力物力。

主权项

基于微流控‑环流分析的高精度原位海水pH分析方法，其特征在于，采用如下分析系统，包括具有环流混合结构的微流控芯片、过滤头、海水管路、指示剂袋、指示剂管路、排废管路、高亮白光LED灯、光纤和光谱仪，所述微流控芯片上设有多个形成液体环路的芯片通道，所述过滤头和芯片通道之间通过所述海水管路连通，所述指示剂袋和芯片通道之间通过所述指示剂管路连接，所述芯片通道上设有多个控制芯片通道开关的微型电磁阀，所述芯片通道上还设有微型压电泵、流通池和储液通道，所述微流控芯片上还设有排废管路，所述流通池的两端分别通过光纤连接有高亮白光LED灯和光谱仪；所述分析方法包括以下步骤：1)打开阀3、阀17和微型压电泵1，关闭其他泵和阀，使过滤后的海水样品进入芯片通道进行清洗并充满定量通道L1，多余的海水样品经排废管路(F)流出，关闭微型压电泵1，开启高亮白光LED灯(G)，光谱仪(J)检测在434nm、487nm、578nm和730nm波长下流通池(I)内的空白海水光强；打开阀6和微量注射泵2，关闭其他泵和阀，将一定量指示剂抽取至微量注射泵2中，关闭微量注射泵2，阀6在打开状态，打开阀5、阀15、阀16和阀17，开启微量注射泵2，关闭其他泵和阀，使指示剂进入芯片通道进行清洗并充满定量通道L6，多余的指示剂经排废管路(F)流出后，关闭微量注射泵2；打开阀4、阀15和阀16，关闭其他泵阀，将定量通道L1和定量通道L6连接成一个定量环路，开启微型压电泵1使海水和指示剂在环路中流动混合，混合完毕后关闭微型压电泵1，开启高亮白光LED灯(G)，光谱仪(J)检测在434nm、487nm、578nm和730nm波长下流通池(I)内的指示剂和海水混合溶液光强；以空白海水光强为I₀，海水和指示剂混合溶液的光强为I，吸光度计算公式为A＝‑log(I/I₀)，海水pH的计算公式为：$pH=-log\left(K_2{e}_2\right)+log\left(\frac{R-e_1}{1-R\frac{e_3}{e_2}}\right),$其中K₂为指示剂二级解离常数，R为吸光度比值，e₁，e₂，e₃为指示剂不同形态在不同波长的摩尔吸光系数的比值：$R=\frac{{\lambda }_{2}A}{{\lambda }_{1}A},e_1=\frac{{\lambda }_2{ϵ}_{{\mathrm{HI}}^{-}}}{{\lambda }_1{ϵ}_{{\mathrm{HI}}^{-}}},e_2=\frac{{\lambda }_2{ϵ}_{I^{2-}}}{{\lambda }_1{ϵ}_{{\mathrm{HI}}^{-}}},e_3=\frac{{\lambda }_1{ϵ}_{I^{2-}}}{{\lambda }_1{ϵ}_{{\mathrm{HI}}^{-}}},\frac{e_3}{e_2}=\frac{{\lambda }_1{ϵ}_{I^{2-}}}{{\lambda }_2{ϵ}_{I^{2-}}}$λ₁和λ₂为指示剂在酸态和碱态的最大吸收波长，λ₂A和λ₁A为在λ₂、λ₁波长下测定的样品的吸光度，和为I^2‑在λ₁和λ₂波长时的吸光系数，和为HI^‑在λ₁和λ₂时的吸光系数；2)按照步骤1)中方法，分别检测通道L1与通道L5，通道L1与通道L4，通道L1与通道L3，通道L1与通道L2组成的环路中该海水样品与指示剂的混合溶液在波长434nm、487nm、578nm和730nm下的吸光度，并分别计算五组环路中海水pH值；3)以五组环路中溶液在(A_487nm‑A_730nm)下的吸光度为x，pH值为y，两者拟合后得到直线y＝ax+b，当x＝0时得到的y值，便是测得的去除指示剂干扰的海水pH值。