一种水质中氨氮含量的原位检测系统和原位检测方法

本发明属于环境保护水质检测，具体涉及一种水质中氨氮含量的原位检测系统和原位检测方法。

背景技术：

1、氨氮是藻类物质的营养物质，在水中以游离氨(nh3)和铵离子(nh4+)形式存在，过量会使水体发生富营养化现象，从而使水体缺氧、水质恶化，鱼类等水生生物无法生存。监测水体中氨氮浓度的变化，对于水体污染、海洋地球化学循环、生态灾害预警等具有重要的意义。

2、水质中氨氮含量的传统测定方法是纳氏试剂光度法，但是由于水中包含有的钙、镁离子容易与纳氏试剂发生反应，导致水样浑浊而干扰测定，因此需要进行相应的预处理，操作繁琐复杂，而且所用的试剂中包含有毒化合物，会对环境造成二次污染。

3、目前，用于氨氮浓度的检测一般采用分子荧光法，其原理为在碱性介质中，邻苯二甲醛(opa)与氨氮反应，生成具有荧光性的异吲哚衍生物，通过特定波长的激发光照射水样，进而依据产生的荧光强度变化来确定氨氮的含量。

4、比如，公开号为cn104764726a的发明申请公开了一种水质监测仪器及其方法，根据试剂溶液中邻苯二甲醛与所述水样中氨氮反应，生成异吲哚衍生物溶液；检测系统用于检测异吲哚衍生物溶液荧光度值，测量水样中氨氮含量。

5、再比如，公开号为cn107091823a的发明申请公开了一种低浓度氨氮荧光检测固体试剂及其检测方法，所述低浓度氨氮荧光检测固体试剂包括一个亚硫酸钠-缓冲试剂包和一个邻苯二甲醛试剂包，所述亚硫酸钠-缓冲试剂包包括30-40wt％的亚硫酸钠、5-15wt％的硼砂、0-1wt％的氢氧化锂和50-60wt％的氯化钠；所述邻苯二甲醛试剂包由邻苯二甲醛组成。较传统的检测方法，此方法中的试剂更容易储存，检测方法更便捷，检测结果更精确。

6、采用荧光法进行氨氮检测试剂配置简单、无毒、稳定性好，但是存在自动化程度低、设备尺寸大、样品消耗量大等不足。因此，如果能开发一种试剂用量少、性能稳定、集成度高的原位荧光法氨氮检测系统，可以大大提高检测效率，实时准确的为相关人员提供水质状态信息，同时在环境保护水质监测领域具有重要的应用潜力。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种水质中氨氮含量的原位检测系统和原位检测方法。

2、一种水质中氨氮含量的原位检测系统，包括：

3、检测微流控芯片，设有用于检测的流道，所述流道的首尾两端分别为进液口和出液口，所述流道包括混合区和检测区；所述混合区用于分子荧光法检测试剂与待测水质样品混合获得混合溶液；所述检测区位于所述混合区的下游，用于接收所述混合溶液；所述检测区处还设有用于对检测区中混合溶液进行荧光强度检测的荧光强度检测机构，所述荧光强度检测机构包括用于对所述检测区照射激发光的光源，以及用于检测所述检测区内混合溶液发出荧光强度的信号接收器；

4、样品进液管路，用于通过所述进液口向所述检测微流控芯片输送待测水质样品；

5、分子荧光法检测试剂管路，用于通过所述进液口向所述检测微流控芯片输送分子荧光法检测氨氮含量用的分子荧光法检测试剂。

6、优选的，所述样品进液管路从进液端到出液端依次设有第一电磁阀、预处理过滤器、单向阀、计量管和输液泵。

7、更优选的，所述第一电磁阀为两进一出的三通电磁阀，其中一个进口和出口连入所述样品进液管路，另一个进口用于进清洗液。

8、更优选的，所述分子荧光法检测试剂管路和样品进液管路共用同一管路，所述样品进液管路在所述单向阀和计量管之间还设有第二电磁阀，所述第二电磁阀为两进一出的三通电磁阀，其中一个进口和出口连入所述样品进液管路，另一个进口用于进分子荧光法检测试剂。

9、优选的，所述混合区为蛇形流道，并且间隔设有若干个助混单元，每个助混单元中流道分叉后再重新汇合。

10、更优选的，所述助混单元中流道分叉为两股或两股以上。如果分为两股，两股之间可以形成椭圆形状或者菱形等不同的形状。

11、优选的，所述水质中氨氮含量的原位检测系统，还包括加热模块，所述加热模块包括混合区加热模块和检测区加热模块，所述混合区加热模块设于所述检测微流控芯片的背面对应所述混合区位置，所述检测区加热模块设于所述检测微流控芯片的背面对应所述检测区位置。

12、更优选的，所述混合区加热模块和检测区加热模块外周各设有隔热槽。

13、通过两个加热模块的设置，可以对混合区和检测区的液体进行加热，提高待测水质样品和分子荧光法检测试剂混合反应效率。而隔热槽将两个加热模块隔离，避免高温对其他元件的影响，提高检测稳定性。

14、优选的，所述检测微流控芯片还包括电路板模块，所述流道设于电路板模块顶面，所述电路板模块还包括用于控制所述检测微流控芯片运行的控制机构。

15、所述检测区具有入口和出口，入口用于进液，出口用于出液，入口连接所述混合区，出口连接整个检测微流控芯片的流道尾端的出液口。检测区的入口低于出口，减少可能出现的气泡在所述检测区聚集。

16、优选的，在检测区的腔室底面及侧面除光源所在侧外涂有高反射率材料，例如特氟龙af2400，多次反射用于增强检测区内溶液产生的荧光信号，提高检测灵敏度。

17、本发明又提供了一种水质中氨氮含量的原位检测方法，使用所述水质中氨氮含量的原位检测系统，所述原位检测方法包括以下步骤：

18、(1)通过所述样品进液管路向所述检测微流控芯片输入蒸馏水，由荧光强度检测机构对检测区进行荧光强度检测，待荧光信号稳定后，作为背景信号；

19、(2)通过所述样品进液管路向所述检测微流控芯片输入待测水质样品，通过所述分子荧光法检测试剂管路向所述检测微流控芯片输入分子荧光法检测试剂，待测水质样品和分子荧光法检测试剂经过混合区混合反应后进入检测区，

20、(3)由荧光强度检测机构对检测区进行荧光强度检测，待荧光信号稳定后，得到检测信号，从而得到待测水质样品中的氨氮浓度。

21、优选的，检测时使用暗场检测模式，暗场检测模式是先开启所述光源对检测区进行照射一定时间，然后关闭所述光源，由于余辉效应，溶液仍持续一小段时间发出荧光信号，此时进行检测可以消除激发光对检测的影响。比如，在关闭所述光源后的4ns～10ns时由信号接收器采集荧光信号。

22、优先的，所述检测区的形状为方形，横截面积为s0。所述光源位于所述检测区的一侧，所述信号接收器位于所述检测区的上方。检测时，所述信号接收器拍摄得到所述检测区内腔的顶面如果有气泡，且气泡面积为s1，此时荧光信号强度为a0，则对荧光信号强度进行修正，修正后的荧光信号强度a1＝a0/(s0-s1)。通过修正，能够减小气泡的干扰，提高检测准确性。

23、本发明具有的有益效果是：

24、本发明公开将微流控技术与分子荧光法结合，原位检测水质中的氨氮含量，通过泵和电磁阀的顺序进样，在微流控芯片上对样品进行预处理、混合反应、检测，整个检测系统自动化程度高、样品消耗量小、操作简单，适合原位分析。