基于耦合微流控芯片的可逆式铵检测及其影响因素研究

摘要：

铵(NH+4)的光谱检测有着重要的意义,随着微流控领域的发展,以快速性、便携性以及多组分检测为目标的微流控光谱分析成效卓著.但是分析中存在的指示剂浪费问题一直没有得到解决.锌卟啉作为一种天然的自发光分子,能够实现NH+4的可逆性检测,解决这一问题,但却存在选择性低的缺点.针对这些问题,实验设计了一种耦合微流控芯片,由反应芯片、气体扩散芯片和检测芯片组成.其中反应芯片用于将NH+转化为NH3,由聚二甲基硅氧烷制成;气体扩散芯片使NH3扩散进入待测溶液,由上下两片玻璃芯片及夹在中间的一层PDMS材质的气体透过膜制成;而检测芯片则通过多层结构将指示剂固定在其中.指示剂是通过将锌卟啉永久染色在离子交换树脂上制作而成的,在遇到NH3分子时会产生由绿到紫的变化,而当周围变成纯水环境时,又能够实现从紫到绿的逆向变化.以此耦合芯片为分析平台,搭建了一套小型化的光谱检测系统,以便携式光谱仪为分析器件,通过测量450 nm处的透射光谱强度变化,实现了NH+的定量检测,同时研究了影响检测结果的三个参数:气体透过膜厚度,流速和指示剂用量.首先通过光谱强度随时间的变化,我们证明了指示过程的可逆性,因而解决了指示剂浪费的问题,时间响应也说明了指示过程的快速性;接着通过与对照实验的对比,说明检测过程具有很高的选择性,能够排除干扰物的影响,光谱变化仅仅是因为NH3的存在;通过改变气体扩散芯片中气体透过膜的厚度,得到了膜厚和光谱强度变化之间的关系,膜的厚度增加使得检测效果变差,但当膜厚小于10μm时效果基本不变,考虑到机械强度,选择了10μm作为膜的最佳厚度;随即研究了耦合芯片中流速对于光谱强度变化的影响,发现流速的增加会使得光谱强度变化减小,但流速小于5 μL·min-1时效果基本不变;最后又研究了指示剂用量对于光谱强度变化的影响,证明指示剂过多和过少都会影响检测效果,以5 mg为最佳.这套以耦合芯片为平台的光谱分析系统具有体积小,经济性高,响应迅速的特点,能够实现NH+高选择性、可逆性的定量测量.

关键词：NH+检测、耦合微流控芯片、光谱分析、可逆性、影响因素

所属期刊栏目：39

分类号：O433.4(光学)

资助基金：国家杰出青年基金项目51825605

在线出版日期：2020-05-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：3749-3754