一种基于微流控检测水质中总氮的检测试剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及水质检测，尤其涉及一种基于微流控检测水质中总氮的检测试剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、总氮是评价水体富营养化的关键指标之一，其标准检测方法为《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（hj 636-2012），原理是在120℃条件下以碱性过硫酸钾将各形态氮氧化为硝酸盐氮后测定。微流控技术在该领域的应用要求检测试剂以固态形式预制于芯片内部，以实现自动化检测。

2、现有技术仍存在以下不足：（1）液体酸无法固态预制。标准方法需用液体盐酸调节ph以满足紫外测定条件，但盐酸无法冻干预制。cn113049355b以氨基磺酸固体酸替代盐酸，将其冻干后预制于检测区，消解后转移消解液将其溶解。但该方案中氨基磺酸在检测区溶解时与亚硝酸盐反应产生氮气气泡，直接干扰紫外检测光路，且“先消解、后调酸”的模式无法在消解过程中主动调控ph。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种基于微流控检测水质中总氮的检测试剂及其制备方法和应用。通过将焦硫酸钾分散于相变材料中形成内核，并在其表面包覆高膨胀性弹性密封层，利用相变材料熔融与外壳热膨胀的协同作用，在消解升温过程中将焦硫酸钾主动挤压释放至消解液中，实现ph的原位调控；同时利用降温后相变材料重新凝固实现释放自动截止。本发明解决了现有技术中液体酸试剂无法固态预制、消解过程中缺乏ph主动调控以及释放后无法自截止的问题，并且ph调控过程中无气泡产生、检测准确性较好。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种基于微流控检测水质中总氮的检测试剂，从内到外依次包括：内核和外壳，所述内核包括焦硫酸钾和相变材料，所述外壳包括聚二甲基硅氧烷。

4、本发明通过构建以“相变材料-焦硫酸钾”为内核，以聚二甲基硅氧烷（pdms）为外壳的核壳结构检测试剂，利用相变材料的固-液相变特性与pdms外壳的热膨胀效应，在消解升温过程中主动将焦硫酸钾挤压释放至消解液中，实现ph的调控；同时利用降温后相变材料重新凝固与pdms弹性回弹的协同作用实现释放停止；焦硫酸钾水解不产生任何气体，杜绝了气泡干扰。本发明实现了ph调节的可控、无气泡释放与芯片长寿命固态预封装。

5、在常温储存阶段，相变材料为固态结晶，将焦硫酸钾封装在内核中部；pdms外壳致密完整，隔绝外部水相，无试剂泄漏，实现长寿命固态预封装。

6、温度升至相变材料熔点以上时，相变材料熔化为液态，内核转变为浆料；同时pdms外壳受热剧烈膨胀，驱动浆料沿pdms外壳的渗透通道主动挤出至消解液中。焦硫酸钾遇水迅速水解产生h+，将消解液ph调节至5~6，全过程无气泡产生。

7、消解结束后降温，温度降至相变材料熔点以下时，相变材料重新凝固，将残余焦硫酸钾封装回内核；pdms外壳的渗透通道闭合。

8、在以上技术方案的基础上，进一步地，所述相变材料包括正二十八烷、正二十六烷或正三十二烷中的任意一种。

9、在以上技术方案的基础上，进一步地，所述焦硫酸钾和相变材料的质量比为1:（3~5）。

10、在以上技术方案的基础上，进一步地，所述内核和外壳的质量比为1:（1~3）。

11、第二方面，本发明还提供一种基于微流控检测水质中总氮的检测试剂的制备方法，包括如下步骤：s1、将相变材料熔融后，和焦硫酸钾混匀，得到浆料，将所述浆料冷却得到微球；

12、s2、将pdms包覆所述微球，固化后，得到所述检测试剂。

13、在以上技术方案的基础上，进一步地，所述步骤s1还包括将浆料滴入聚乙烯醇中，冷却后得到微球。

14、一方面，聚乙烯醇（pva）吸附于熔融石蜡与水相之间的界面，降低界面张力，使石蜡浆料在外力作用下更容易分散形成球形液滴。另一方面，pva分子链吸附于液滴表面形成空间位阻层，阻止液滴相互碰撞时合并，确保液滴尺寸均一。并且在液滴冷却凝固后，pva在微球表面形成亲水性保护膜，防止石蜡微球之间因疏水相互作用而粘连团聚。

15、第三方面，本发明还提供一种用于检测总氮的微流控检测芯片，所述芯片上预制有至少一个所述检测试剂。

16、第四方面，本发明还提供一种所述检测试剂在微流控检测水质中总氮中的应用。

17、在以上技术方案的基础上，进一步地，检测方法包括如下步骤：a1、微流控检测芯片包括检测区和消解区，将所述检测试剂设置于检测区，所述检测区设置在消解区的下游，将待测水样和过硫酸钾溶液注入消解区内，加热进行消解，得到消解液；

18、a2、所述消解液流经至所述检测区，混匀；

19、a3、测量水样的总氮浓度。

20、在以上技术方案的基础上，进一步地，所述加热的温度在110~120℃。

21、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

22、（1）本发明采用“相变材料-焦硫酸钾-pdms外壳”的核壳结构，实现了检测试剂的固态化预封装。通过相变材料包裹和pdms外壳密封，有效隔绝了外界水汽，使焦硫酸钾的常温储存稳定性可达12个月以上，远优于传统液态试剂1~3个月的保质期，适合微流控芯片的工业化预制和商品化应用。

23、（2）本发明采用焦硫酸钾作为酸源，其遇水水解产生氢离子，不含结晶水，水解过程不产生任何气体，从根本上避免了气泡对紫外检测光路的干扰，保障了检测结果的稳定性和可靠性。

24、（3）本发明检测试剂及其在微流控检测水质中总氮的准确性较好。

25、（4）本发明结构简洁、制备工艺成熟、成本低廉，采用常规微流控液滴法即可制备，无需复杂设备，易于规模化生产。

1.一种基于微流控检测水质中总氮的检测试剂，其特征在于，从内到外依次包括：内核和外壳，所述内核包括焦硫酸钾和相变材料，所述外壳包括聚二甲基硅氧烷。

2.如权利要求1所述的基于微流控检测水质中总氮的检测试剂，其特征在于，所述相变材料包括正二十八烷、正二十六烷或正三十二烷中的任意一种。

3.如权利要求1所述的基于微流控检测水质中总氮的检测试剂，其特征在于，所述焦硫酸钾和相变材料的质量比为1:（3~5）。

4.如权利要求1所述的基于微流控检测水质中总氮的检测试剂，其特征在于，所述内核和外壳的质量比为1:（1~3）。

5.如权利要求1~4所述的基于微流控检测水质中总氮的检测试剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、将相变材料熔融后，和焦硫酸钾混匀，得到浆料，将所述浆料冷却得到微球；

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1还包括将所述浆料滴入聚乙烯醇中，冷却后得到微球。

7.一种用于检测总氮的微流控检测芯片，其特征在于，所述芯片上预制有至少一个如权利要求1~4任一项所述的检测试剂。

8.如权利要求1~4所述的检测试剂在微流控检测水质中总氮中的应用。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，检测方法包括如下步骤：a1、微流控检测芯片包括检测区和消解区，将所述检测试剂设置于检测区，所述检测区设置在消解区的下游，将待测水样和过硫酸钾溶液注入消解区内，加热进行消解，得到消解液；

10.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述加热的温度在110~120℃。