基于纸基微流控的水体重金属离子检测
二十一世纪以来，随着工业化进程的加快，大量含重金属离子的工业废料被排放至自然界的水环境中，这些被排放的重金属离子具有分布范围广、留存时间长、难被自然界分解等特点，且会随着食物链的层层递进富集到人类体内，对人体健康造成极大威胁。由于重金属离子具备的巨大危害性，其在自然界中的浓度一直是评价环境健康程度的重要指标。因此，对水体中的重金属离子浓度进行检测也成为当下研究的热门领域。 传统的重金属离子检测技术主要有原子荧光光谱法、溶出伏安法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体法等，这些方法使用到的检测设备造价昂贵、不易搬运，且检测样品的预处理工艺复杂，检测成本高，且不适合在大范围地区内进行水样检测。本研究以纸基微流控芯片为载体，实现对水体中重金属离子的即时检测，同时满足重金属离子检测的低成本和准确性要求。主要研究内容如下: (1)根据毛细作用的相关理论对流体在滤纸这类多孔介质中的输运过程进行研究。利用COMSOL软件对该过程进行数值模拟分析，研究滤纸型多孔介质芯吸的全过程;对纸基微流控芯片进行图案设计，制定加工工艺，并对制备完成的芯片进行性能测试，验证芯片的实用性。 (2)通过基于纸基微流控芯片的脲酶水解及显色反应研究，分别以脲酶活性、尿素浓度和酚酞溶液浓度为单一实验变量，分析显色反应的最佳观测时间，设定最优实验参数。利用最优实验参数，以纸基芯片为基底重复进行多次显色实验证明芯片的可靠性。 (3)使用根据最优实验参数组合制备的纸基微流控芯片进行重金属离子的检测，分别使用不同浓度的铜离子和镉离子溶液与脲酶溶液混合，通过控制孕育时间和离子浓度的变化，分别研究不同孕育时间和离子浓度对脲酶活性的抑制效果，并建立铜和镉两种重金属离子抑制效果的浓度标准曲线。研究重金属离子浓度对脲酶活性抑制率的影响，横向对比铜离子溶液、镉离子溶液和混合离子溶液对脲酶活性的抑制效果。
水体检测;重金属离子;纸基微流控
北京化工大学
硕士
机械工程
张亚军
2021
中文
X832
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）