一种水体中重金属离子检测的便捷式分光光度计制造技术

本发明专利技术提供了一种水体中重金属离子检测的便捷式分光光度计，其光路由滤光片、LED灯、平面镜组成了简单廉价的分光系统，电路由MSP430单片机、A/D转换器、光电转换器、运算放大器、显示器以及供电装置组成。本发明专利技术技术特点：结构简单，使用方便快捷，平衡能力佳，控温效果好，使用寿命长。为快速、便捷检测水体中重金属离子提供了检测仪器，弥补了现有检测设备的不足。

A convenient spectrophotometer for the detection of heavy metal ions in water

【技术实现步骤摘要】
一种水体中重金属离子检测的便捷式分光光度计
本专利技术涉及光学分析检测仪器
，特别是涉及一种水体中重金属离子检测的便捷式分光光度计。
技术介绍
随着工业、农业、交通运输业的快速发展，人类对重金属开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，使得重金属离子，如铅、镉、铬进入水、土壤等人类赖以生存的环境，严重危害了人类及各类生物的生存。目前，重金属尚没有严格的统一定义，一般指比重大于5的金属，约有45种，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必需，而且所有重金属超过一定浓度对人体都有毒。在环境污染方面的重金属主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属元素。如果重金属元素未经处理就直接排入河流、湖泊或海洋，或者进入土壤中，由于它们不能被生物降解而使这些河流、湖泊、海洋和土壤受到污染。在食物链的生物放大作用下，它们成千百倍地富集，最后进入人体。如鱼类或贝类积累的重金属被人类所食，或重金属被稻谷、小麦等农作物吸收后被人类食用，重金属就会进入人体，使人产生重金属中毒，轻则发生怪病(水俣病、骨痛病等)，重则导致死亡。其次，重金属在人体内能和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒，重金属超标引起的中毒事件不胜枚举。目前常用的重金属离子检测技术有原子吸收光谱法、电化学阳极溶出法、电感耦合等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法等，这些方法虽然检测精度和稳定性都较好，但是存在依赖于大型仪器设备、样品处理复杂且时间长等问题，无法满足现场快速检测的需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种水体中重金属离子检测的便捷式分光光度计，主要解决了现有技术中的仪器价格昂贵以及携带不便的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种水体中重金属离子检测的便捷式分光光度计，包括光路模块和电路模块，所述光路模块包括光源、凸透镜、滤光片、平面反射镜。所述电路模块包括控制器、A/D转换器、光电转换器、运算放大器、显示器以及供电装置。所述光源设置在光路通道的一端，用以提供光源，光路通道上依次安装滤光片和凸透镜，光源提供的光经过凸透镜聚焦后，再经滤光片过滤后穿过微流控芯片检测区，经平面反射镜反射后照射光敏电阻。所述光敏电阻电接光电转换器，所述光电转化器电接所述控制器，所述控制器电接所述A/D转换器、运算放大器、显示器以及光源，所述光电转换器用于将光信号转换为电压信号，电压信号经由运算放大器放大后由所述A/D转换器转换为数字信号，所述控制器对数字信号进行处理计算将最后的检测结果显示在显示器上，所述供电装置连接所述控制器，通过所述控制器为整个分光光度计供电。作为优选的技术方案，包括本体，所述光路模块和电路模块安装在所述本体内部，所述本体下端由一伸缩减震支脚支撑。作为优选的技术方案，所述微流控芯片检测区安装有送样装置，送样装置上加工有微流控芯片卡槽，能够放置固定配套使用的的重金属检测微流控芯片。送样装置能够拉出和放入本体内部，微流控芯片卡槽是空心上下贯通的，以方便配套使用的检测微流控芯片的光学检测。作为优选的技术方案，所述本体连接一背带。作为优选的技术方案，所述背带的两端通过两个固定块安装在所述本体的两侧。作为优选的技术方案，所述显示器安装在所述本体的外侧。作为优选的技术方案，所述控制器为单片机，内置调试好的程序，逐个计算各个光路通道的光电转换后的信号。作为优选的技术方案，所述控制器按照以下算法进行浓度的计算：吸光度的计算：A＝log(I0/It)其中，A：吸光度；I0：入射光的强度；It：透射光的强度；重金属离子浓度的计算：C＝A/KL其中，A：吸光度；K：摩尔吸收系数，单位：L·mol-1·cm-1；L：吸光介质的厚度，单位：cm；C：吸光物质的浓度，单位：mol/L。作为优选的技术方案，所述安装的光路通道是两两成对的，光路通道设置至少为两条。用以同时检测某一种重金属离子的标准样品吸光度和待测试样的吸光度，保证测定的准确性和精度。所述光路通道的安装有圆形排布和矩形排布、或圆形阵列、或矩形阵列排布、或折线排布。相对应的配套使用的一种微流控芯片的形状及检测区也对应排布。所述安装的光路通道设置为两条以上；所述光敏电阻采用每条光路通道对应1个光敏电阻的方式进行安装，这是多光敏电阻线路设计；或者采用所有的光路通道共同对应1个光敏电阻的方式进行安装，这是单光敏电阻线路设计。这种规格的仪器使用时，需用2片相同一样的配套芯片，检测时一个芯片的检测区，装测试不同的重金属离子的标准溶液，另一个芯片对应相同位置的检测区，装与标准溶液相同的重金属离子的待测样品溶液。光路通道另一种安排是两两成对排列的，对应的敏电阻采用两两成对的1对光路通道对应同1个光敏电阻的方式进行安装，按多光敏电阻线路设计；或者采用所有两两成对的光路通道共同对应1个光敏电阻的方式进行安装。这种规格的仪器使用时，只需用1片配套芯片，检测时与成对的光路通道对应的一对芯片检测区，一个装测重金属离子的标准溶液，另一个检测区装与标准溶液相同的重金属离子的待测样品溶液；这样成对测定多种重金属离子。以上两种光路通道设计和光敏电阻设计的目的都是在于减少光路或光敏电阻本身性能差异产生的测量误差。有益效果在于：1、本专利技术不仅灵敏可靠，而且简单方便、经济实用，同时还适合用于常见水环境中的重金属离子的现场检测。2、本专利技术采用滤光片、凸透镜、平面镜构成了本次研制仪器的分光系统，通过调节焦距改变聚光效果，调节平面镜角度改变光程，极大降低了研发成本。3、本专利技术采用集光电转换、IV转换、放大、降噪一体的电路板连接光敏电阻与单片机，最大程度降低了因为电流噪声、温漂等带来的实验误差。4、本专利技术设计了多个光路通道，扩展了可以同时测量重金属离子的种类。5、本专利技术利用微流控芯片替代了原来的比色皿的功能，同时完成原来在实验室内完成的试剂显色反应。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。图1为本专利技术的一种水体中重金属离子检测的便捷式分光光度计的结构示意图；图2为本专利技术的一种水体中重金属离子检测的便捷式分光光度计的结构示意图；图3为本专利技术的一种水体中重金属离子检测的便捷式分光光度计的凸透镜局部结构示意图；图4为本专利技术的一种水体中重金属离子检测的便捷式分光光度计的滤光片局部结构示意图；图5为本专利技术的一种用于重金属离子检测的多层微流控芯片的结构示意图；图6为本专利技术的一种用于重金属离子检测的多层微流控芯片的第一层俯视结构示意图；图7为本专利技术的一种用于重金属离子检测的多层微流控芯片的第二层俯视结构示意图；图8为本专利技术的一种用于重金属离子检测的多层微流控芯片的侧视图；图9为本专利技术的一种用于重金属离子检测的多层微流控芯片的定量装置结构示意图；图10为本专利技术的一种用于重金属离子检测的多层微流控芯片的指示剂仓结构示意图；图11为本专利技术的一种用于重金属离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水体中重金属离子检测的便捷式分光光度计，包括光路模块和电路模块，其特征在于，所述光路模块包括光源、凸透镜、滤光片、平面反射镜，所述电路模块包括控制器、A/D转换器、光电转换器、运算放大器、显示器以及供电装置，所述光源设置在光路通道的一端，用以提供光源，光路通道上依次安装滤光片和凸透镜；光源提供的光经过凸透镜聚焦后，再经滤光片过滤后穿过微流控芯片检测区，经平面反射镜反射后照射光敏电阻；所述光敏电阻电接光电转换器，所述光电转化器电接控制器，所述控制器电接所述A/D转换器、运算放大器、显示器以及光源，所述光电转换器用于将光信号转换为电压信号，电压信号经由运算放大器放大后由所述A/D转换器转换为数字信号；所述控制器对数字信号进行处理计算将最后的检测结果显示在显示器上，所述供电装置连接所述控制器，通过所述控制器为整个分光光度计供电。

【技术特征摘要】
1.一种水体中重金属离子检测的便捷式分光光度计，包括光路模块和电路模块，其特征在于，所述光路模块包括光源、凸透镜、滤光片、平面反射镜，所述电路模块包括控制器、A/D转换器、光电转换器、运算放大器、显示器以及供电装置，所述光源设置在光路通道的一端，用以提供光源，光路通道上依次安装滤光片和凸透镜；光源提供的光经过凸透镜聚焦后，再经滤光片过滤后穿过微流控芯片检测区，经平面反射镜反射后照射光敏电阻；所述光敏电阻电接光电转换器，所述光电转化器电接控制器，所述控制器电接所述A/D转换器、运算放大器、显示器以及光源，所述光电转换器用于将光信号转换为电压信号，电压信号经由运算放大器放大后由所述A/D转换器转换为数字信号；所述控制器对数字信号进行处理计算将最后的检测结果显示在显示器上，所述供电装置连接所述控制器，通过所述控制器为整个分光光度计供电。2.根据权利要求1所述的一种水体中重金属离子检测的便捷式分光光度计，其特征在于，包括本体；所述光路模块和电路模块安装在所述本体内部，所述本体下端由一伸缩减震支脚支撑。3.根据权利要求2所述的一种水体中重金属离子检测的便捷式分光光度计，其特征在于，所述微流控芯片检测区安装有送样装置，送样装置上加工有微流控芯片卡槽，能够放置固定配套使用的重金属检测微流控芯片；所述送样装置能够拉出和放入本体内部，微流控芯片卡槽是空心上下贯通的。4.根据权利要求2所述的一种水体中重金属离子检测的便捷式分光光度计，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖晓玲，徐文峰，张泽霖，王镜鉴，孙钰博，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50