專利名稱：一種固相微萃取與電化學傳感器和單片機聯用裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種固相微萃取與電化學傳感器和單片機聯用裝置。該裝置可以實現環境、食品、醫藥、生物等復雜試樣中痕量有機物的分離、富集、在線監測，屬于環境分析與分析化學領域。
背景技術：
隨著工業品的廣泛應用，環境應急事故的預防、食品安全的監控、醫療衛生的檢測等問題，越來越多地擺在各級政府的面前。如何在事故發生之前對有毒有害物質進行監控、 跟蹤，在事故發生后對環境和人員殘留進行檢測，科學合理地指導現場及周邊人員進行有效的個人防護，這也是檢測儀器在應急事故中最基本的應用。隨著科學技術的發展，電化學傳感器檢測技術應用領域也越來越廣泛。在環境檢測領域，電化學傳感器可以進行水質分析，測定空氣中S02、NOx, C6H6, CHO、NH3等的含量，還可用于蔬菜中有機磷農藥的測定。在食品安全領域，電化學傳感器可用于食品添加劑的測定，農藥和抗生素殘留量的檢驗等。在生物醫學領域，生物傳感器可以用于基礎研究、臨床應用、生物制藥等。電化學傳感器結構簡單，成本低，其中高質量的產品性能穩定，測量范圍和分辨率基本能達到環境要求。但電化學傳感器檢測法缺點是所受干擾物質多，工作時由于發生不可逆化學反應而被消耗，工作壽命短。固相微萃取技術是二十世紀九十年代初提出并發展起來的，用于吸附并濃縮待測物中的目標成分。它集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體，具有高度的選擇性，幾乎克服了傳統樣品處理方法的所有缺點，無需有機溶劑、簡單方便、測試快、費用低。固相微萃取技術幾乎可以用于氣體、液體、生物、固體等樣品中各類揮發性或半揮發性物質的分析。發展至今短短的20年時間，已在環境、生物、工業、食品、臨床醫學等領域的各個方面得到廣泛的應用。 因此，固相微萃取-電化學傳感器-單片機技術聯用有望克服電化學傳感器檢測時易受干擾、工作壽命短等缺點。
發明內容
為了解決上述電化學傳感器在檢測中的問題，本發明提出一種固相微萃取與電化學傳感器和單片機聯用裝置。該裝置采用固相微萃取技術與電化學傳感器檢測技術相結合，不僅減少了待測樣中其他成分的干擾，提高了檢測的準確度，而且也避免了干擾成分對傳感器的損害，延長了工作壽命。同時有單片機技術的輔助，該裝置實現了富集、檢測一體化，數據采集、處理自動化，準確快速，在線監控與檢測。本發明提出一種固相微萃取與電化學傳感器和單片機聯用裝置，其特征在于，它包括
氣相試樣萃取檢測箱、液相試樣萃取檢測箱、固相試樣萃取檢測箱、信息處理控制中心、選擇鍵盤、顯示器、聲光報警器、安全指示燈、外接電源插槽、電源等。氣相試樣萃取檢測箱內設有氣體儲存室、定量自動進樣器、氣體進樣泵、氣體排出泵、固相微萃取室、脫附液儲存室、脫附液添加器、脫附液收集槽、電化學傳感器檢測槽、廢液回收槽等。所述的氣體儲存室位于固相微萃取室的左上方，通過定量自動進樣器與固相微取萃室相連。固相微萃取室內設有一塊通過插槽固定的固相微萃取集成板，集成板可拆裝。萃取頭集成板上面設有與萃取頭相通的脫附液流動凹槽。脫附液儲存室位于固相微萃取室的右上方且通過脫附液添加器與脫附液流動凹槽相通。所述的脫附液收集槽位于固相微萃取室的下方且與檢測槽相通。所述的檢測槽中設有裝有電化學傳感器的插槽，插槽內的電化學傳感器將檢測到的信號輸送到信息處理中心。液相試樣萃取檢測箱內設有液體儲存室、固相微萃取室、脫附液儲存室、脫附液添加器、脫附液收集槽、電化學傳感器檢測槽、廢液回收槽等。所述的液體儲存室內設有攪拌器位于固相微萃取室左上方并通過液體試樣導管與固相微萃取室相通。所述的固相微萃取室、脫附液儲存室、脫附液添加器、脫附液收集槽、電化學傳感器檢測槽、廢液回收槽與氣相試樣萃取檢測箱的相同。固相試樣萃取檢測箱內設有揮發室、冷凝管、固相微萃取室、脫附液儲存室、脫附液添加器、脫附液收集槽、電化學傳感器檢測槽、廢液回收槽等。所述的揮發室位于固相微萃取室的右側且底部設有加熱電阻絲。冷凝管的冷凝液出口通過冷凝液導管接固相微萃取板。脫附液儲存室與冷凝管均位于揮發室的左側。所述的固相微萃取室、脫附液添加器、脫附液收集槽、電化學傳感器檢測槽、廢液回收槽與氣相試樣檢測箱的相同。信息處理控制中心由A/D轉換器、CPU處理器以及各種線路組成。所述的CPU處理器中的程序存儲器中已寫入如甲醛、苯、甲烷、一氧化碳等待測物質的檢測程序。CPU處理器又與顯示器、聲光報警器、各種傳感器、動力系統相連，控制整個萃取-檢測過程。本發明的特點是本發明的一種固相微萃取與電化學傳感器和單片機聯用裝置實現了分離、富集、檢測一體化，也實現了氣相、液相、固相試樣分析檢測同步進行，大大縮短分析時間。另一方面，本發明采用固相微萃取技術與電化學傳感器技術相結合，既繼承了固相微萃取的分離、富集于一體與電化學傳感器檢測速度快、成本低的優點，同時克服了電化學檢測易受干擾等缺點。再加上單片機技術的輔助，該發明實現了數據采集、處理自動化， 準確快速，能夠完成在線監控與檢測。本發明的固相微萃取集成板、電化學傳感器均有固定的安裝槽，拆卸安裝方便，同時CPU內設有各種待測成分的數據處理程序，完成各種待測物質的檢測。因此，該發明可以通過更換微萃取頭集成板與電化學傳感器的種類，可完成多種狀態試樣中多種待測組分的測定的同步測定，廣泛適用于環境、食品、醫藥、生物等領域。
圖1為本發明的原理框圖。
圖2為本發明的結構示意圖。
圖3為本發明的氣相試樣萃取檢測箱結構示意圖。
圖4為本發明的氣相試樣萃取檢測箱的固相微萃取頭集成板俯視圖。
圖5為本發明的氣相試樣萃取檢測箱的固相微萃取頭集成板局部放大圖。
圖6為本發明的氣相試樣萃取檢測箱的固相微萃取頭單元結構示意圖。
圖7為本發明的氣相試樣萃取檢測箱的固相微萃取頭單元與脫附液流動凹槽相通處的剖面圖<)
圖8為本發明的氣相試樣萃取檢測箱的脫附液添加器結構示意圖。圖9為本發明的氣相試樣萃取檢測箱的脫附液收集槽結構示意圖。圖10為本發明的氣相試樣萃取檢測箱的電化學傳感器檢測槽結構示意圖。圖11為本發明的氣相試樣萃取檢測箱的廢液回收槽結構示意圖。圖12為本發明的液相試樣萃取檢測箱結構示意圖。圖13為本發明的液相試樣萃取檢測箱的液體儲存室結構示意圖。圖14為本發明的固相試樣萃取檢測箱結構示意圖。圖15為本發明的固相試樣萃取檢測箱的揮發室結構示意圖。圖16為本發明的固相試樣萃取檢測箱的冷凝管結構示意圖。圖17為本發明的檢測的設置界面。圖18為本發明的選擇鍵盤放大圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。一種固相微萃取與電化學傳感器和單片機聯用裝置，如附圖1所示，通過選擇鍵盤，操作人員可以設置該裝置工作時的檢測物質。試樣經過萃取檢測箱檢測后，萃取檢測箱將信號傳遞給信息處理中心CPU。一方面，CPU根據萃取檢測箱輸送來的信號，對萃取-檢測過程實現控制；另一方面，CPU將信號處理后輸送到顯示器，并作出是否聲光報警的指令， 從而實現萃取-檢測、數據收集及處理的自動化，快速準確，適用于多領域現場在線分析。如附圖2所示，本發明包括萃取檢測箱2由氣相試樣萃取檢測箱3、液相試樣萃取檢測箱11、固相試樣萃取檢測箱8構成、信息處理控制中心4、散熱器5、顯示器1、選擇鍵盤13、聲光報警器6、安全指示燈7、啟動開關12、外接電源插槽9、電源10等。實施例1氣相試樣萃取-檢測過程
如附圖3所示，氣相試樣檢測時，氣體試樣首先被氣泵14吸進氣體儲存室15，再通過定量自動進樣器16進入固相微萃取室17，氣體試樣通過固相微萃取頭集成板19，萃取后氣體通過氣泵18排出。CPU4根據氣敏傳感器送來的信號，作出脫附液添加器22工作的指令進行脫附工作。脫附液存于液體儲存室21中，液體儲存室21與脫附液添加器22相連。脫附完成后，脫附試樣通過脫附液收集槽23進入電化學傳感器檢測槽M，進行檢測。CPU4對傳感器檢測信號處理后，將結果輸送到顯示器1，并作出是否報警的指令。檢測完的廢液進入廢液回收槽25，集中處理。如附圖4、圖5、圖6、圖7所示，固相微萃取頭集成板19是由多個微萃取頭單元沈構成，單元之間設有與其相通的脫附液流動凹槽27。氣體試樣從萃取頭四的氣體通道31穿過，脫附液通過脫附液流動凹槽27流入萃取頭單元沈，完成脫附工作。萃取頭 29與固定桿32相連，并通過固定爪30和起保護作用的金屬套管觀固定。如附圖8所示，CPU4控制脫附液添加器22實現自動添加脫附液。脫附液從脫附液儲存室21通過脫附液添加器22，進入固相微萃取室17，進行脫附操作。脫附液添加器22 中設有漏斗形的添加管33，添加管出液口 34與脫附液流動凹槽27相連。如附圖9、圖10、圖11所示，脫附后的液體通過脫附液收集槽23的脫附液匯集口 35，經收集槽管道37，由脫附液流出口 36進入電化學傳感器檢測槽M的檢測腔內38，檢測腔38內含有電化學傳感器。電化學傳感器的檢測信號經CPU4處理后，將處理結果輸送到顯示器1。若信號不正常即所測物質超標時，CPU4作出報警指令。檢測完畢后，CPU4 對檢測液流出開關39作出指令，檢測液流出開關39打開，檢測液進入廢液回收槽25。廢液回收槽25的底部還設有一手動開關40。實施例2液相試樣萃取-檢測過程
如附圖12所示，液相試樣被檢測時，液相試樣從進樣口 42進入液體儲存室43，再經液體試樣導管44流入固相微萃取室45。萃取完畢后，液體試樣通過液體試樣流出口 50排出。脫附液從脫附液添加口 47加入脫附液儲存室48中。廢液回收槽46的底部有一手動開關52。如附圖13所示，所述的液體儲存室43內設有攪拌器41，位于固相微萃取室45左上方并通過液體試樣導管44與固相微萃取室45相通。所述的脫附液添加器49、固相微萃取室45、脫附液收集槽51、電化學傳感器檢測槽53、廢液回收槽46與氣相試樣萃取檢測箱的相同。實施例3固相試樣萃取-檢測過程
如附圖14所示，固相試樣中揮發成分被檢測時，固相試樣從右側口 61放入揮發室62 中，關閉閥門，接通固相試樣檢測開關后，易揮發成分受熱揮發。揮發成分由冷凝管55冷凝后，進入固相微萃取室58。脫附液從脫附液添加口 M加入脫附液儲存室56中。萃取完成后，CPU4作出指令，脫附液添加器57開始工作。萃取后的液體經液體試樣流出口 63排出。 所述的揮發室62位于固相微萃取室58的右上方且底部設有加熱電阻絲67。冷凝管55位于揮發室62的左側，冷凝液出口 70通過液體導管68接固相微萃取頭集成板。廢液回收槽 65的底部有一手動開關64。所述的固相微萃取室58、脫附液添加器57、脫附液收集槽59、 電化學傳感器檢測槽66、廢液回收槽65與液相試樣萃取檢測箱的相同。如附圖15、圖16所示，揮發成分在揮發室62加熱電阻絲67的加熱下揮發，通過揮發成分匯集口 69進入冷凝管55，經冷凝后，冷凝液從冷凝液流出口 70通過液體導管 68流入固相微萃取頭集成板。冷凝管55內通流動水。揮發室62內溫度、揮發時間可通過程序設定。實施例4操作設置過程
如附圖17、圖18所示，操作人員設置、操作過程如下
1、首先確定試樣的檢測成分，安裝好相對應的固相微萃取頭集成板和電化學傳感器， 并向脫附液儲存室內加入相應的脫附液。2、然后將試樣放入相對應的儲存室或揮發室，關緊閥門。3、接通電源，打開啟動開關，在選擇鍵盤區選擇待檢測的物質如氣相試樣中的甲醛，依次按氣相試樣、甲醛、確認、檢測鍵，開始檢測。4、檢測完成后，顯示器顯示出檢測結果。如果此時聲光報警器工作，說明此次檢測的物質已超標；反之，則說明檢測物質沒有超標此時安全指示燈亮。5、檢測結束后，關閉啟動開關，斷開電源。拆下固相微萃取頭集成板和電化學傳感器清理后安全保存；并將廢液回收槽、脫附液儲存室及液體試樣流出口的液體回收儲存或處理。6、最后，再次檢查裝置是否斷電，確認無誤后，再離開。
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實施例5裝修過居室內空氣中甲醛檢測的現場比對實驗
關閉門窗12小時后，同時以國家標準方法酚試劑分光光度法和該儀器檢測。該儀器的氣泵14外接口與大氣采樣器多孔玻板吸收管口相距約10cm，酚試劑法采樣20min，該儀器每5min讀數一次，連續讀數20min，取其平均值作為該儀器的檢測值。分別測定5次，記錄結果，并對兩組數據配對t檢驗，比較結果的符合程度。經數據處理，得到t=l. 00 < 2. 132=t0.054, P > 0. 05置信度為95%時，兩種方法可比性很好。酚試劑比色法所測值與該儀器檢測值的線型回歸方程為y=1.0127x-0. 0036，相關系數r=0. 9996，t=61. 22》4. 541=t0.013, P < 0· 01，r有非常顯著意義而相關。配對t檢驗表明，用國家現行標準辦法GB/T 18204. 26—2000酚試劑分光光度法和本發明的檢測儀檢測方法，兩類方法測定氣相試樣中甲醛濃度無顯著性差異，可比性很好。本發明儀器可用于氣相試樣中成分的檢測，且檢測結果可靠。實施例6香煙煙絲中甲醛含量檢測的比對實驗
首先將煙絲放入蒸餾燒瓶中，加入高純水，料液比約為0. 05g煙絲/g水，在120°C左右加熱蒸餾，當燒瓶中液體接近蒸干時，停止蒸餾，然后將流出液用高純水定容到250mL。改變煙絲的質量，制備10組平行試樣。同時采用乙酰丙酮分光光度法和本儀器對上述10組試樣中的甲醛進行檢測，對檢測結果進行實驗室對比統計檢驗。實驗結果的t檢驗，得t=0. 98 < 1. 833=t0.059,P > 0. 05置信度為95%時差別無顯著意義，兩種分析方法可比性很好。乙酰丙酮分光光度法所測值與該儀器檢測值的線型回歸方程為 y=0. 9603x+0. 0038，相關系數 r=0. 9990，t=63. 20)) 2. 897=t0 018,P < 0. 01，兩組實驗檢測數據相關有非常顯著意義。實驗室對比統計檢驗表明，采用乙酰丙酮分光光度法和本發明的檢測儀檢測方法，兩類方法檢測香煙煙絲中甲醛含量無顯著差異，可比性很好。本發明儀器可用于液相試樣中成分的檢測，且檢測結果可靠。實施例7涂漆木板中苯含量檢測的比對實驗
涂漆木板的制備選大小、形狀、厚度、材質相同的12塊木板5CmX5CmX2Cm，分為6 組，每組2塊。用漆刷在木塊的一面均勻涂上一層油漆，室溫放置72小時，晾干。涂漆木板中苯含量的檢測取一組涂漆木塊，將其中一塊放置恒溫箱中，設置溫度 600C，恒溫4小時。冷卻室溫后，將LC-Ol型攜帶式苯檢測儀廣州綠創環保科技有限公司生產放置恒溫箱中，打開開關進行檢測，檢測時間為45min，記錄苯檢測管的檢測結果。將同組的另一塊涂漆木板，將涂漆面朝上放于本發明儀器的揮發室中揮發室溫度設為60°C，恒溫揮發4小時，記錄顯示器的檢測結果。剩余的5組涂漆木板檢測方法和上述相同，記錄檢測結果，并對兩組數據進行對比統計檢驗。實驗室對比統計檢驗對以上6組實驗數據進行t檢驗分析，得t=1.47 < 2. 105=t0.055, P > 0. 05置信度為95%時差別無顯著意義，兩種檢測方法可比性很好。采用LC-Ol型苯檢測儀檢測值與本發明儀器的檢測值的線性回歸方程為y=0. 923x+0. 0035, 相關系數r=0. 9995，t=63. 22》3. 747=t0.014, P<0. 01，兩組實驗檢測數據相關有非常顯著意義。實驗室對比統計檢驗表明，采用LC-Ol型苯檢測儀檢測法和本發明的檢測儀檢測方法，兩類方法檢測涂漆木板中苯含量無顯著差異，可比性很好。本發明儀器可用于固相試樣只針對于耐熱、穩定、具有揮發性的試樣中成分的檢測，且檢測結果可靠。
權利要求
1.一種固相微萃取與電化學傳感器和單片機聯用裝置，其技術特征在于它包括萃取檢測箱O)、信息處理控制中心G)、散熱器(5)、顯示器(1)、選擇鍵盤(13)、聲光報警器 (6)、安全指示燈(7)、啟動開關(12)、外接電源插槽(9)、電源(10)，萃取檢測箱(2)內設有氣相試樣萃取檢測箱(3)、液相試樣萃取檢測箱(11)、固相試樣萃取檢測箱(8)。
2.據權利要求1所述的一種固相微萃取與電化學傳感器和單片機聯用裝置，其技術特征在于固相微萃取室中的萃取裝置是固相微萃取頭集成板(19)。
3.據權利要求1所述的一種固相微萃取與電化學傳感器和單片機聯用裝置，其技術特征在于氣相試樣萃取檢測箱內設有氣體儲存室、定量自動進樣器、氣體進樣泵、氣體排出泵、固相微萃取室、脫附液儲存室、脫附液添加器、脫附液收集槽、電化學傳感器檢測槽、廢液回收槽，所述的氣體儲存室位于固相微萃取室的左上方，通過定量自動進樣器與固相微取萃室相連，固相微萃取室內設有一塊通過插槽固定的固相微萃取集成板，集成板可拆裝， 萃取頭集成板上面設有與萃取頭相通的脫附液流動凹槽，脫附液儲存室位于固相微萃取室的右上方且通過脫附液添加器與脫附液流動凹槽相通。
4.所述的脫附液收集槽位于固相微萃取室的下方且與檢測槽相通，所述的檢測槽中設有裝有電化學傳感器的插槽，插槽內的電化學傳感器將檢測到的信號輸送到信息處理中心；據權利要求1所述的一種固相微萃取與電化學傳感器和單片機聯用裝置，其技術特征在于液相試樣萃取檢測箱內設有液體儲存室、固相微萃取室、脫附液儲存室、脫附液添加器、脫附液收集槽、電化學傳感器檢測槽、廢液回收槽等，所述的液體儲存室內設有攪拌器位于固相微萃取室左上方并通過液體試樣導管與固相微萃取室相通，所述的固相微萃取室、脫附液儲存室、脫附液添加器、脫附液收集槽、電化學傳感器檢測槽、廢液回收槽與氣相試樣萃取檢測箱的相同；據權利要求1所述的一種固相微萃取與電化學傳感器和單片機聯用裝置，其技術特征在于固相試樣萃取檢測箱內設有揮發室、冷凝管、固相微萃取室、脫附液儲存室、脫附液添加器、脫附液收集槽、電化學傳感器檢測槽、廢液回收槽等，所述的揮發室位于固相微萃取室的右側且底部設有加熱電阻絲，冷凝管的冷凝液出口通過冷凝液導管接固相微萃取板， 脫附液儲存室與冷凝管均位于揮發室的左側；所述的固相微萃取室、脫附液添加器、脫附液收集槽、電化學傳感器檢測槽、廢液回收槽與氣相試樣檢測箱的相同。
5.據權利要求1所述的一種固相微萃取與電化學傳感器和單片機聯用裝置，其技術特征在于信息處理控制中心由A/D轉換器、CPU處理器以及各種線路組成。
6.所述的CPU處理器中的程序存儲器中已寫入如甲醛、苯、甲烷、一氧化碳等待測物質的檢測程序；CPU處理器又與顯示器、聲光報警器、各種傳感器、動力系統相連，控制整個萃取-檢測過程。
全文摘要
本發明屬于環境分析與分析化學領域，涉及一種固相微萃取與電化學傳感器和單片機聯用裝置。它包括氣相試樣萃取檢測箱、液相試樣萃取檢測箱、固相試樣萃取檢測箱、信息處理控制中心、選擇鍵盤、顯示器、聲光報警器、安全指示燈、外接電源插槽、電源等。再加上單片機技術的輔助，該發明實現了數據采集、處理自動化，準確快速，能夠完成在線監控與檢測。本發明的固相微萃取頭集成板、電化學傳感器均有固定的安裝槽，拆卸安裝方便，同時CPU內設有各種待測成分的數據處理程序，本發明克服了電化學傳感器檢測時易受干擾等缺點。可完成多種狀態試樣中多種待測組分的測定，廣泛適用于環境、食品、醫藥、生物等領域。
文檔編號G01N27/416GK102507703SQ20111038643
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月29日 優先權日2011年11月29日
發明者謝宇, 趙杰 申請人:南昌航空大學