一种土壤磷酸盐现场原位在线监测方法技术

本发明专利技术的一种土壤磷酸盐现场原位在线监测方法，包括将土壤过滤装置放在现场田地的土壤间隙液中，通过

【技术实现步骤摘要】
一种土壤磷酸盐现场原位在线监测方法


[0001]本专利技术涉及土壤养分检测
，具体涉及一种土壤磷酸盐现场原位在线监测方法
。

技术介绍

[0002]在农业生产中实现土壤中良好的磷管理是提升养分利用效率
、
提高粮食产量
、
减少环境污染的有效途径，对植物以及粮食的生产至关重要
。
为减少环境污染
、
提高农业效率，土壤中磷酸盐的有效监测对了解土壤肥力
、
合理制定施肥策略具有现实意义
。
[0003]现有技术中，土壤磷元素的传统检测方法主要有分光光度法
、
比色法
、
色谱法等，但是这些方法的检测过程繁琐
、
耗时长
、
化学试剂使用量大，检测结果往往具有滞后性
。
目前电化学分析方法是一种快速
、
灵敏
、
准确的检测分析手段，通过将溶液中待测液产生的化学信号转换为电信号，实现对待测组分的检测，因此受到了广泛的关注
。
然而，该方法仍需要人工进行取样，从而增加了工作的复杂性以及时间和人力成本，这限制了电化学分析方法在现场原位土壤磷酸盐自动化在线监测中的实际应用
。
此外，电化学传感器通常只能进行单次检测，无法满足实时
、
连续监测的需求
。
[0004]微流控技术由于具有自动化
、
集成化和连续检测等优势，可以满足现场原位土壤磷酸盐实时监测的需求，克服了预处理复杂
、
手动配样等缺陷
。
与现有的土壤磷酸盐在线监测技术相比，将电化学法运用到微流控技术中，样品进样
、
反应
、
检测等步骤都在微流控芯片中自动化进行，显著缩短了检测时间，提高了检测效率，具有良好的检测效果
。
因此，迫切需要一种新的结合了微流控技术和电化学分析手段的方法，来实现简单化
、
低成本
、
自动一体化的快速土壤磷酸盐现场原位在线监测
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出的一种土壤磷酸盐现场原位在线监测方法，是为了解决现有技术中尚无快速且精准监测土壤磷酸盐的自动化现场装置的缺陷，提供一种基于电化学分析法的微流控装置及检测方法来解决上述问题
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种土壤磷酸盐现场原位在线监测方法，包括以下步骤，首先将土壤过滤装置直接放置在田地的土壤间隙液中，土壤过滤装置连接在
PEEK
毛细管上，
PEEK
毛细管另一头连接在蠕动泵上，另一根
PEEK
毛细管直接插入在烧杯中的酸性钼酸盐试剂中，通过蠕动泵以
100
μ
L/min
的速率同时抽取试剂与土壤间隙液，土壤间隙液通过过滤器过滤后，与试剂在电化学微流控芯片传感器的通道内均匀混合，之后发生反应，所生成的待测液流入检测区中；所述电化学微流控芯片传感器包括把丝网印刷电极嵌入在微流控芯片的基底上构成；微流控芯片包括两个进液口和一个出液口，进液口和出液口之间设置蛇形通道；
出液口连通检测区；丝网印刷电极的检测端连接检测区，丝网印刷电极的导线端连接便携式电化学工作站
。
[0007]进一步地，丝网印刷电极包含工作电极
、
辅助电极和参比电极；工作电极和辅助电极的材料是石墨，在工作电极的表面修饰了炭黑纳米颗粒，其中炭黑纳米颗粒在工作电极表面呈阵列式排布，参比电极的材料是银
/
氯化银；电极与电极之间由银
/
氯化银导线连接
。
[0008]进一步地，所述炭黑纳米颗粒在工作电极表面呈阵列式排布具体通过有序阵列的纳米颗粒膜将炭黑纳米颗粒填充到模板中，并随后通过模板的去除或剥离，得到阵列式排布的炭黑纳米颗粒修饰电极表面
。
[0009]进一步地，电化学工作站对待测液中所检测的信号进行放大并采集，通过内部核心单片机进行数据处理，然后利用蓝牙与手机连接，提供检测数据可视化结果的界面，所检测过的废液由出液口输出到废液收集瓶中
。
[0010]进一步地，丝网印刷电极的圆形检测区域直接与微流控芯片检测区位置对应；微流控芯片和
PDMS
基底都是通过将
PDMS
胶液导入模具槽，在真空干燥箱中固化制备获得；模具槽通过
3D
打印技术打印，其材料为
ABS
树脂材料
。
[0011]进一步地，所述电化学微流控芯片传感器的制备步骤包括两个步骤，分别是微流控芯片的制备，以及嵌有丝网印刷电极的
PDMS
基底的制备；微流控芯片的制备步骤是，首先将
PDMS
胶液倒入到模具槽内，微流控芯片模具槽内刻有微流控通道，于真空干燥箱中
50℃
，
8h
固化获得微流控芯片；
PDMS
基底槽针对微流控芯片检测区对应位置设有圆柱形凸台，槽边位置对应高度也一样，目的是为了放置丝网印刷电极；嵌有丝网印刷电极的
PDMS
基底的制备步骤是，将丝网印刷电极放置在模具槽特定位置处，按照槽内的体积计算并加入的
PDMS
胶液，此时
PDMS
胶液与丝网印刷电极表面齐平，之后在除去圆形检测区域以外的丝网印刷电极表面均匀涂上
PDMS
，于真空干燥箱中
50℃
，
8h
固化，获得嵌有丝网印刷电极的
PDMS
基底；最后，将微流控芯片和嵌有丝网印刷电极的
PDMS
基底进行密封键合，获得电化学微流控芯片传感器
。
[0012]由上述技术方案可知，本专利技术的土壤磷酸盐现场原位在线监测方法，与现有技术相比解决了检测时间长
、
稳定性差
、
精准性低
、
设备操作复杂等缺陷
。
本专利技术设计了一种基于电化学分析的便携式土壤磷酸盐微流控芯片现场原位快检装置与方法，利用磷酸盐与钼酸盐结合生成具有电化学活性的磷钼酸盐络合物，使其在电极表面发生还原反应，从而检测磷酸盐的含量
。
本专利技术减少了人工参与配样过程，具有便携
、
操作简单
、
检测快速等特点
。
[0013]本专利技术提供了一种用于土壤磷酸盐现场原位在线监测的电化学微流控装置与检测方法，采用磷酸盐电化学传感器，结合微流控芯片与蠕动泵组合的方式，实现化学反应及连续检测的集成与自动化，易于操作与携带
。
[0014]本专利技术是一种基于电化学微流控芯片的土壤磷酸盐现场原位在线监测方法，与现有技术相比，操作简单
、
稳定性高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种土壤磷酸盐现场原位在线监测方法，包括以下步骤，首先将土壤过滤装置直接放置在田地的土壤间隙液中，土壤过滤装置连接在
PEEK
毛细管上，
PEEK
毛细管另一头连接在蠕动泵上，另一根
PEEK
毛细管直接插入在烧杯中的酸性钼酸盐试剂中，通过蠕动泵以
100
μ
L/min
的速率同时抽取试剂与土壤间隙液，土壤间隙液通过过滤器过滤后，与试剂在电化学微流控芯片传感器的通道内均匀混合，之后发生反应，所生成的待测液流入检测区中；其特征在于，所述电化学微流控芯片传感器包括把丝网印刷电极嵌入在微流控芯片的基底上构成；微流控芯片包括两个进液口和一个出液口，进液口和出液口之间设置蛇形通道；出液口连通检测区；丝网印刷电极的检测端连接检测区，丝网印刷电极的导线端连接便携式电化学工作站
。2.
根据权利要求1所述的土壤磷酸盐现场原位在线监测方法，其特征在于：丝网印刷电极包含工作电极
、
辅助电极和参比电极；工作电极和辅助电极的材料是石墨，在工作电极的表面修饰了炭黑纳米颗粒，其中炭黑纳米颗粒在工作电极表面呈阵列式排布；参比电极的材料是银
/
氯化银；电极与电极之间由银
/
氯化银导线连接
。3.
根据权利要求2所述的土壤磷酸盐现场原位在线监测方法，其特征在于：所述炭黑纳米颗粒在工作电极表面呈阵列式排布具体通过有序阵列的纳米颗粒膜将炭黑纳米颗粒填充到模板中，并随后通过模板的去除或剥离，得到阵列式排布的炭黑纳米颗粒修饰电极表面
。4.
根据权利要求1所述的土壤磷酸盐现场原位在线监测方法，其特征在于：电化学工作站对待测液中所检测的信号进行放大并采集，通过内部核心单片机进行数据处理，然后利用蓝牙与手机连接，提供检测数据可视化结果的界面，所检测过的废液由出液口输出到废液...

【专利技术属性】
技术研发人员：王儒敬，陈翔宇，付大超，常永嘉，陆勤雯，魏丽漫，李颖，曹巧，余立祥，余奕昕，
申请(专利权)人：中科合肥智慧农业协同创新研究院，
类型：发明
国别省市：