专利名称：一种固相微萃取与电化学传感器和单片机联用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固相微萃取与电化学传感器和单片机联用装置。该装置可以实现环境、食品、医药、生物等复杂试样中痕量有机物的分离、富集、在线监测，属于环境分析与分析化学领域。
背景技术：
随着工业品的广泛应用，环境应急事故的预防、食品安全的监控、医疗卫生的检测等问题，越来越多地摆在各级政府的面前。如何在事故发生之前对有毒有害物质进行监控、 跟踪，在事故发生后对环境和人员残留进行检测，科学合理地指导现场及周边人员进行有效的个人防护，这也是检测仪器在应急事故中最基本的应用。随着科学技术的发展，电化学传感器检测技术应用领域也越来越广泛。在环境检测领域，电化学传感器可以进行水质分析，测定空气中S02、NOx, C6H6, CHO、NH3等的含量，还可用于蔬菜中有机磷农药的测定。在食品安全领域，电化学传感器可用于食品添加剂的测定，农药和抗生素残留量的检验等。在生物医学领域，生物传感器可以用于基础研究、临床应用、生物制药等。电化学传感器结构简单，成本低，其中高质量的产品性能稳定，测量范围和分辨率基本能达到环境要求。但电化学传感器检测法缺点是所受干扰物质多，工作时由于发生不可逆化学反应而被消耗，工作寿命短。固相微萃取技术是二十世纪九十年代初提出并发展起来的，用于吸附并浓缩待测物中的目标成分。它集采样、萃取、浓缩、进样于一体，具有高度的选择性，几乎克服了传统样品处理方法的所有缺点，无需有机溶剂、简单方便、测试快、费用低。固相微萃取技术几乎可以用于气体、液体、生物、固体等样品中各类挥发性或半挥发性物质的分析。发展至今短短的20年时间，已在环境、生物、工业、食品、临床医学等领域的各个方面得到广泛的应用。 因此，固相微萃取-电化学传感器-单片机技术联用有望克服电化学传感器检测时易受干扰、工作寿命短等缺点。

发明内容
为了解决上述电化学传感器在检测中的问题，本发明提出一种固相微萃取与电化学传感器和单片机联用装置。该装置采用固相微萃取技术与电化学传感器检测技术相结合，不仅减少了待测样中其他成分的干扰，提高了检测的准确度，而且也避免了干扰成分对传感器的损害，延长了工作寿命。同时有单片机技术的辅助，该装置实现了富集、检测一体化，数据采集、处理自动化，准确快速，在线监控与检测。本发明提出一种固相微萃取与电化学传感器和单片机联用装置，其特征在于，它包括
气相试样萃取检测箱、液相试样萃取检测箱、固相试样萃取检测箱、信息处理控制中心、选择键盘、显示器、声光报警器、安全指示灯、外接电源插槽、电源等。气相试样萃取检测箱内设有气体储存室、定量自动进样器、气体进样泵、气体排出泵、固相微萃取室、脱附液储存室、脱附液添加器、脱附液收集槽、电化学传感器检测槽、废液回收槽等。所述的气体储存室位于固相微萃取室的左上方，通过定量自动进样器与固相微取萃室相连。固相微萃取室内设有一块通过插槽固定的固相微萃取集成板，集成板可拆装。萃取头集成板上面设有与萃取头相通的脱附液流动凹槽。脱附液储存室位于固相微萃取室的右上方且通过脱附液添加器与脱附液流动凹槽相通。所述的脱附液收集槽位于固相微萃取室的下方且与检测槽相通。所述的检测槽中设有装有电化学传感器的插槽，插槽内的电化学传感器将检测到的信号输送到信息处理中心。液相试样萃取检测箱内设有液体储存室、固相微萃取室、脱附液储存室、脱附液添加器、脱附液收集槽、电化学传感器检测槽、废液回收槽等。所述的液体储存室内设有搅拌器位于固相微萃取室左上方并通过液体试样导管与固相微萃取室相通。所述的固相微萃取室、脱附液储存室、脱附液添加器、脱附液收集槽、电化学传感器检测槽、废液回收槽与气相试样萃取检测箱的相同。固相试样萃取检测箱内设有挥发室、冷凝管、固相微萃取室、脱附液储存室、脱附液添加器、脱附液收集槽、电化学传感器检测槽、废液回收槽等。所述的挥发室位于固相微萃取室的右侧且底部设有加热电阻丝。冷凝管的冷凝液出口通过冷凝液导管接固相微萃取板。脱附液储存室与冷凝管均位于挥发室的左侧。所述的固相微萃取室、脱附液添加器、脱附液收集槽、电化学传感器检测槽、废液回收槽与气相试样检测箱的相同。信息处理控制中心由A/D转换器、CPU处理器以及各种线路组成。所述的CPU处理器中的程序存储器中已写入如甲醛、苯、甲烷、一氧化碳等待测物质的检测程序。CPU处理器又与显示器、声光报警器、各种传感器、动力系统相连，控制整个萃取-检测过程。本发明的特点是本发明的一种固相微萃取与电化学传感器和单片机联用装置实现了分离、富集、检测一体化，也实现了气相、液相、固相试样分析检测同步进行，大大缩短分析时间。另一方面，本发明采用固相微萃取技术与电化学传感器技术相结合，既继承了固相微萃取的分离、富集于一体与电化学传感器检测速度快、成本低的优点，同时克服了电化学检测易受干扰等缺点。再加上单片机技术的辅助，该发明实现了数据采集、处理自动化， 准确快速，能够完成在线监控与检测。本发明的固相微萃取集成板、电化学传感器均有固定的安装槽，拆卸安装方便，同时CPU内设有各种待测成分的数据处理程序，完成各种待测物质的检测。因此，该发明可以通过更换微萃取头集成板与电化学传感器的种类，可完成多种状态试样中多种待测组分的测定的同步测定，广泛适用于环境、食品、医药、生物等领域。


图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明的气相试样萃取检测箱结构示意图。
图4为本发明的气相试样萃取检测箱的固相微萃取头集成板俯视图。
图5为本发明的气相试样萃取检测箱的固相微萃取头集成板局部放大图。
图6为本发明的气相试样萃取检测箱的固相微萃取头单元结构示意图。
图7为本发明的气相试样萃取检测箱的固相微萃取头单元与脱附液流动凹槽相通处的剖面图<)
图8为本发明的气相试样萃取检测箱的脱附液添加器结构示意图。图9为本发明的气相试样萃取检测箱的脱附液收集槽结构示意图。图10为本发明的气相试样萃取检测箱的电化学传感器检测槽结构示意图。图11为本发明的气相试样萃取检测箱的废液回收槽结构示意图。图12为本发明的液相试样萃取检测箱结构示意图。图13为本发明的液相试样萃取检测箱的液体储存室结构示意图。图14为本发明的固相试样萃取检测箱结构示意图。图15为本发明的固相试样萃取检测箱的挥发室结构示意图。图16为本发明的固相试样萃取检测箱的冷凝管结构示意图。图17为本发明的检测的设置界面。图18为本发明的选择键盘放大图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。一种固相微萃取与电化学传感器和单片机联用装置，如附图1所示，通过选择键盘，操作人员可以设置该装置工作时的检测物质。试样经过萃取检测箱检测后，萃取检测箱将信号传递给信息处理中心CPU。一方面，CPU根据萃取检测箱输送来的信号，对萃取-检测过程实现控制；另一方面，CPU将信号处理后输送到显示器，并作出是否声光报警的指令， 从而实现萃取-检测、数据收集及处理的自动化，快速准确，适用于多领域现场在线分析。如附图2所示，本发明包括萃取检测箱2由气相试样萃取检测箱3、液相试样萃取检测箱11、固相试样萃取检测箱8构成、信息处理控制中心4、散热器5、显示器1、选择键盘13、声光报警器6、安全指示灯7、启动开关12、外接电源插槽9、电源10等。实施例1气相试样萃取-检测过程
如附图3所示，气相试样检测时，气体试样首先被气泵14吸进气体储存室15，再通过定量自动进样器16进入固相微萃取室17，气体试样通过固相微萃取头集成板19，萃取后气体通过气泵18排出。CPU4根据气敏传感器送来的信号，作出脱附液添加器22工作的指令进行脱附工作。脱附液存于液体储存室21中，液体储存室21与脱附液添加器22相连。脱附完成后，脱附试样通过脱附液收集槽23进入电化学传感器检测槽M，进行检测。CPU4对传感器检测信号处理后，将结果输送到显示器1，并作出是否报警的指令。检测完的废液进入废液回收槽25，集中处理。如附图4、图5、图6、图7所示，固相微萃取头集成板19是由多个微萃取头单元沈构成，单元之间设有与其相通的脱附液流动凹槽27。气体试样从萃取头四的气体通道31穿过，脱附液通过脱附液流动凹槽27流入萃取头单元沈，完成脱附工作。萃取头 29与固定杆32相连，并通过固定爪30和起保护作用的金属套管观固定。如附图8所示，CPU4控制脱附液添加器22实现自动添加脱附液。脱附液从脱附液储存室21通过脱附液添加器22，进入固相微萃取室17，进行脱附操作。脱附液添加器22 中设有漏斗形的添加管33，添加管出液口 34与脱附液流动凹槽27相连。如附图9、图10、图11所示，脱附后的液体通过脱附液收集槽23的脱附液汇集口 35，经收集槽管道37，由脱附液流出口 36进入电化学传感器检测槽M的检测腔内38，检测腔38内含有电化学传感器。电化学传感器的检测信号经CPU4处理后，将处理结果输送到显示器1。若信号不正常即所测物质超标时，CPU4作出报警指令。检测完毕后，CPU4 对检测液流出开关39作出指令，检测液流出开关39打开，检测液进入废液回收槽25。废液回收槽25的底部还设有一手动开关40。实施例2液相试样萃取-检测过程
如附图12所示，液相试样被检测时，液相试样从进样口 42进入液体储存室43，再经液体试样导管44流入固相微萃取室45。萃取完毕后，液体试样通过液体试样流出口 50排出。脱附液从脱附液添加口 47加入脱附液储存室48中。废液回收槽46的底部有一手动开关52。如附图13所示，所述的液体储存室43内设有搅拌器41，位于固相微萃取室45左上方并通过液体试样导管44与固相微萃取室45相通。所述的脱附液添加器49、固相微萃取室45、脱附液收集槽51、电化学传感器检测槽53、废液回收槽46与气相试样萃取检测箱的相同。实施例3固相试样萃取-检测过程
如附图14所示，固相试样中挥发成分被检测时，固相试样从右侧口 61放入挥发室62 中，关闭阀门，接通固相试样检测开关后，易挥发成分受热挥发。挥发成分由冷凝管55冷凝后，进入固相微萃取室58。脱附液从脱附液添加口 M加入脱附液储存室56中。萃取完成后，CPU4作出指令，脱附液添加器57开始工作。萃取后的液体经液体试样流出口 63排出。 所述的挥发室62位于固相微萃取室58的右上方且底部设有加热电阻丝67。冷凝管55位于挥发室62的左侧，冷凝液出口 70通过液体导管68接固相微萃取头集成板。废液回收槽 65的底部有一手动开关64。所述的固相微萃取室58、脱附液添加器57、脱附液收集槽59、 电化学传感器检测槽66、废液回收槽65与液相试样萃取检测箱的相同。如附图15、图16所示，挥发成分在挥发室62加热电阻丝67的加热下挥发，通过挥发成分汇集口 69进入冷凝管55，经冷凝后，冷凝液从冷凝液流出口 70通过液体导管 68流入固相微萃取头集成板。冷凝管55内通流动水。挥发室62内温度、挥发时间可通过程序设定。实施例4操作设置过程
如附图17、图18所示，操作人员设置、操作过程如下
1、首先确定试样的检测成分，安装好相对应的固相微萃取头集成板和电化学传感器， 并向脱附液储存室内加入相应的脱附液。2、然后将试样放入相对应的储存室或挥发室，关紧阀门。3、接通电源，打开启动开关，在选择键盘区选择待检测的物质如气相试样中的甲醛，依次按气相试样、甲醛、确认、检测键，开始检测。4、检测完成后，显示器显示出检测结果。如果此时声光报警器工作，说明此次检测的物质已超标；反之，则说明检测物质没有超标此时安全指示灯亮。5、检测结束后，关闭启动开关，断开电源。拆下固相微萃取头集成板和电化学传感器清理后安全保存；并将废液回收槽、脱附液储存室及液体试样流出口的液体回收储存或处理。6、最后，再次检查装置是否断电，确认无误后，再离开。
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实施例5装修过居室内空气中甲醛检测的现场比对实验
关闭门窗12小时后，同时以国家标准方法酚试剂分光光度法和该仪器检测。该仪器的气泵14外接口与大气采样器多孔玻板吸收管口相距约10cm，酚试剂法采样20min，该仪器每5min读数一次，连续读数20min，取其平均值作为该仪器的检测值。分别测定5次，记录结果，并对两组数据配对t检验，比较结果的符合程度。经数据处理，得到t=l. 00 < 2. 132=t0.054, P > 0. 05置信度为95%时，两种方法可比性很好。酚试剂比色法所测值与该仪器检测值的线型回归方程为y=1.0127x-0. 0036，相关系数r=0. 9996，t=61. 22》4. 541=t0.013, P < 0· 01，r有非常显著意义而相关。配对t检验表明，用国家现行标准办法GB/T 18204. 26—2000酚试剂分光光度法和本发明的检测仪检测方法，两类方法测定气相试样中甲醛浓度无显著性差异，可比性很好。本发明仪器可用于气相试样中成分的检测，且检测结果可靠。实施例6香烟烟丝中甲醛含量检测的比对实验
首先将烟丝放入蒸馏烧瓶中，加入高纯水，料液比约为0. 05g烟丝/g水，在120°C左右加热蒸馏，当烧瓶中液体接近蒸干时，停止蒸馏，然后将流出液用高纯水定容到250mL。改变烟丝的质量，制备10组平行试样。同时采用乙酰丙酮分光光度法和本仪器对上述10组试样中的甲醛进行检测，对检测结果进行实验室对比统计检验。实验结果的t检验，得t=0. 98 < 1. 833=t0.059,P > 0. 05置信度为95%时差别无显著意义，两种分析方法可比性很好。乙酰丙酮分光光度法所测值与该仪器检测值的线型回归方程为 y=0. 9603x+0. 0038，相关系数 r=0. 9990，t=63. 20)) 2. 897=t0 018,P < 0. 01，两组实验检测数据相关有非常显著意义。实验室对比统计检验表明，采用乙酰丙酮分光光度法和本发明的检测仪检测方法，两类方法检测香烟烟丝中甲醛含量无显著差异，可比性很好。本发明仪器可用于液相试样中成分的检测，且检测结果可靠。实施例7涂漆木板中苯含量检测的比对实验
涂漆木板的制备选大小、形状、厚度、材质相同的12块木板5CmX5CmX2Cm，分为6 组，每组2块。用漆刷在木块的一面均勻涂上一层油漆，室温放置72小时，晾干。涂漆木板中苯含量的检测取一组涂漆木块，将其中一块放置恒温箱中，设置温度 600C，恒温4小时。冷却室温后，将LC-Ol型携带式苯检测仪广州绿创环保科技有限公司生产放置恒温箱中，打开开关进行检测，检测时间为45min，记录苯检测管的检测结果。将同组的另一块涂漆木板，将涂漆面朝上放于本发明仪器的挥发室中挥发室温度设为60°C，恒温挥发4小时，记录显示器的检测结果。剩余的5组涂漆木板检测方法和上述相同，记录检测结果，并对两组数据进行对比统计检验。实验室对比统计检验对以上6组实验数据进行t检验分析，得t=1.47 < 2. 105=t0.055, P > 0. 05置信度为95%时差别无显著意义，两种检测方法可比性很好。采用LC-Ol型苯检测仪检测值与本发明仪器的检测值的线性回归方程为y=0. 923x+0. 0035, 相关系数r=0. 9995，t=63. 22》3. 747=t0.014, P<0. 01，两组实验检测数据相关有非常显著意义。实验室对比统计检验表明，采用LC-Ol型苯检测仪检测法和本发明的检测仪检测方法，两类方法检测涂漆木板中苯含量无显著差异，可比性很好。本发明仪器可用于固相试样只针对于耐热、稳定、具有挥发性的试样中成分的检测，且检测结果可靠。
权利要求
1.一种固相微萃取与电化学传感器和单片机联用装置，其技术特征在于它包括萃取检测箱O)、信息处理控制中心G)、散热器(5)、显示器(1)、选择键盘(13)、声光报警器 (6)、安全指示灯(7)、启动开关(12)、外接电源插槽(9)、电源(10)，萃取检测箱(2)内设有气相试样萃取检测箱(3)、液相试样萃取检测箱(11)、固相试样萃取检测箱(8)。
2.据权利要求1所述的一种固相微萃取与电化学传感器和单片机联用装置，其技术特征在于固相微萃取室中的萃取装置是固相微萃取头集成板(19)。
3.据权利要求1所述的一种固相微萃取与电化学传感器和单片机联用装置，其技术特征在于气相试样萃取检测箱内设有气体储存室、定量自动进样器、气体进样泵、气体排出泵、固相微萃取室、脱附液储存室、脱附液添加器、脱附液收集槽、电化学传感器检测槽、废液回收槽，所述的气体储存室位于固相微萃取室的左上方，通过定量自动进样器与固相微取萃室相连，固相微萃取室内设有一块通过插槽固定的固相微萃取集成板，集成板可拆装， 萃取头集成板上面设有与萃取头相通的脱附液流动凹槽，脱附液储存室位于固相微萃取室的右上方且通过脱附液添加器与脱附液流动凹槽相通。
4.所述的脱附液收集槽位于固相微萃取室的下方且与检测槽相通，所述的检测槽中设有装有电化学传感器的插槽，插槽内的电化学传感器将检测到的信号输送到信息处理中心；据权利要求1所述的一种固相微萃取与电化学传感器和单片机联用装置，其技术特征在于液相试样萃取检测箱内设有液体储存室、固相微萃取室、脱附液储存室、脱附液添加器、脱附液收集槽、电化学传感器检测槽、废液回收槽等，所述的液体储存室内设有搅拌器位于固相微萃取室左上方并通过液体试样导管与固相微萃取室相通，所述的固相微萃取室、脱附液储存室、脱附液添加器、脱附液收集槽、电化学传感器检测槽、废液回收槽与气相试样萃取检测箱的相同；据权利要求1所述的一种固相微萃取与电化学传感器和单片机联用装置，其技术特征在于固相试样萃取检测箱内设有挥发室、冷凝管、固相微萃取室、脱附液储存室、脱附液添加器、脱附液收集槽、电化学传感器检测槽、废液回收槽等，所述的挥发室位于固相微萃取室的右侧且底部设有加热电阻丝，冷凝管的冷凝液出口通过冷凝液导管接固相微萃取板， 脱附液储存室与冷凝管均位于挥发室的左侧；所述的固相微萃取室、脱附液添加器、脱附液收集槽、电化学传感器检测槽、废液回收槽与气相试样检测箱的相同。
5.据权利要求1所述的一种固相微萃取与电化学传感器和单片机联用装置，其技术特征在于信息处理控制中心由A/D转换器、CPU处理器以及各种线路组成。
6.所述的CPU处理器中的程序存储器中已写入如甲醛、苯、甲烷、一氧化碳等待测物质的检测程序；CPU处理器又与显示器、声光报警器、各种传感器、动力系统相连，控制整个萃取-检测过程。
全文摘要
本发明属于环境分析与分析化学领域，涉及一种固相微萃取与电化学传感器和单片机联用装置。它包括气相试样萃取检测箱、液相试样萃取检测箱、固相试样萃取检测箱、信息处理控制中心、选择键盘、显示器、声光报警器、安全指示灯、外接电源插槽、电源等。再加上单片机技术的辅助，该发明实现了数据采集、处理自动化，准确快速，能够完成在线监控与检测。本发明的固相微萃取头集成板、电化学传感器均有固定的安装槽，拆卸安装方便，同时CPU内设有各种待测成分的数据处理程序，本发明克服了电化学传感器检测时易受干扰等缺点。可完成多种状态试样中多种待测组分的测定，广泛适用于环境、食品、医药、生物等领域。
文档编号G01N27/416GK102507703SQ20111038643
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者谢宇, 赵杰 申请人:南昌航空大学