低氧防护阵列微流控催化剂二氧化钛并行检测芯片及方法与流程

本发明属于催化剂化学成分分析和微流控检测，具体涉及一种低氧防护阵列微流控催化剂二氧化钛并行检测芯片及方法。

背景技术：

1、scr脱硝催化剂二氧化钛主流检测包括x射线荧光、电感耦合等离子体质谱、铝还原-硫酸铁铵滴定三类方案；其中，荧光检测易受样品粒度、基体、标样匹配度干扰，需定制专属校准模型；光谱法需高倍稀释，基体与谱线干扰管控难度大，设备运维成本高昂。铝还原滴定具备溯源性强、适配国标检测的优势，但传统全流程依靠人工操作，仅能单批次逐一检测，检测效率低、人工误差大，敞口体系易造成三价钛氧化，数据偏低；终点依靠肉眼辨色，易受光线、人为经验影响；试剂耗量大，多组样品反应条件难以统一。

2、现有微流控芯片多共用总流道，多样品易交叉污染，缺少全域低氧防护、标准化铝还原结构与精准微量滴定配置，无集成空白校准模块，单光学终点易被气泡干扰，工业大批量筛查难以兼顾并行检测、无氧防氧化、抗污染、精准判终点多重需求，现有技术无法同时解决氧化干扰、重复性差、通量不足等系列问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低氧防护阵列微流控催化剂二氧化钛并行检测芯片及方法，用以解决现有脱硝催化剂二氧化钛检测技术存在检测通量低、人工操作误差大、三价钛易氧化、多样品检测易交叉污染、滴定终点易受气泡干扰的技术缺陷。

2、为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、本技术第一方面，提供了一种低氧防护阵列微流控催化剂二氧化钛并行检测芯片，包括:

4、芯片基板；

5、多组样品进样支路，间隔一体成型于所述芯片基板且各组所述支路相互隔绝不连通，每条所述支路沿流体流向依次串联固定容积定容微腔、酸度调节混合腔、铝还原反应腔以及滴定检测腔；

6、铝还原件，可拆卸卡接于所述铝还原反应腔内腔，所述铝还原反应腔与所述滴定检测腔之间设有隔离微阀；

7、低氧气氛保护流道，一体成型在芯片基板内部并分别与铝还原反应腔、所述隔离微阀的下游通道以及滴定检测腔连通；

8、滴定剂脉冲计量单元，设置在芯片基板上，所述滴定剂脉冲计量单元内置计量腔，所述计量腔的出口连接滴定检测腔，用以定量脉冲输送滴定剂；

9、光学检测窗口，一体成型于滴定检测腔侧壁，用于采集三价铁硫氰酸根有色络合物的光学信号；

10、片上空白校准单元，与多组样品进样支路阵列并列成型于芯片基板上。

11、在一种可选的实施例中，所述样品进样支路包括进样口和溢流通道，所述进样口和溢流通道均与所述固定容积定容微腔连通。

12、在一种可选的实施例中，所述铝还原件包括反应接触面和耐酸惰性隔离涂层；

13、所述耐酸惰性隔离涂层包覆于铝还原件除反应接触面外的其余表面上；

14、所述铝还原反应腔的内壁上开设有限位卡槽，铝还原件竖向卡装固定于所述限位卡槽内部；

15、所述隔离微阀设置在铝还原反应腔与滴定检测腔之间，用于切断流体通路。

16、在一种可选的实施例中，所述低氧气氛保护流道包括：

17、多根通气支管和保护气体总接口；

18、各所述通气支管末端分别延伸至铝还原反应腔、隔离微阀下游通道、滴定检测腔的腔体上部；

19、所述保护气体总接口成型于芯片基板外侧，所述保护气体总接口与各通气支管连通。

20、在一种可选的实施例中，所述滴定剂脉冲计量单元包括：

21、入口微阀、固定容积计量腔、出口微阀及气压驱动组件；

22、所述固定容积计量腔设于所述入口微阀与所述出口微阀之间；

23、所述气压驱动组件与固定容积计量腔连通。

24、在一种可选的实施例中，所述滴定检测腔包括：

25、微型混合结构和光学检测窗口；

26、所述微型混合结构设于滴定检测腔内部；

27、所述光学检测窗口正对微型混合结构设置；

28、所述光学检测窗口上设有透光耐酸衬层，所述芯片基板在光学检测窗口对应位置开设镂空透光槽，所述镂空透光槽沿光路贯通芯片基板正反面，用于安装外部光源和光电探测器。

29、在一种可选的实施例中，所述片上空白校准单元包括：

30、空白液进样口和内置流路；

31、所述空白液进样口与所述内置流路连通，所述内置流路与单组样品进样支路结构相同。

32、本技术第二方面，提供了一种低氧防护阵列微流控催化剂二氧化钛并行检测方法，所述方法采用如上所述的低氧防护阵列微流控催化剂二氧化钛并行检测芯片进行，包括：

33、将待测催化剂消解液通过样品进样支路的进样口送入固定容积定容微腔，多余的待测催化剂消解液由溢流通道排出完成定容；

34、向酸度调节混合腔调配酸性介质，低氧气氛保护流道通入保护气体置换空气，待测液进入铝还原反应腔与铝还原件接触，将四价钛还原为三价钛，还原完成后关闭隔离微阀；

35、滴定剂脉冲计量单元通过气压驱动将定量硫酸铁铵滴定剂脉冲送入滴定检测腔，微型混合结构混匀液体；

36、外部光源穿过镂空透光槽、透光耐酸衬层照射滴定检测腔，光学检测窗口采集三价铁硫氰酸根络合物光学信号判定滴定终点；

37、片上空白校准单元同步完成空白对照检测，结合空白结果校正滴定消耗体积，计算催化剂二氧化钛含量。

38、进一步地，所述向酸度调节混合腔调配酸性介质，低氧气氛保护流道通入保护气体置换空气，待测液进入铝还原反应腔与铝还原件接触，将四价钛还原为三价钛，还原完成后关闭隔离微阀，具体包括：

39、将定容完成的待测消解液输送至酸度调节混合腔，调配酸性介质并充分混匀，适配钛离子还原反应的酸度条件；

40、保护气体经保护气体总接口分流至各通气支管，同步置换铝还原反应腔、隔离微阀下游通道、滴定检测腔内部空气，构建无氧反应环境；

41、将调酸后的待测液导入铝还原反应腔，待测液仅和铝还原件预设反应接触面接触，还原过程中铝还原反应腔维持恒温加热，把待测液内部四价钛还原为三价钛；

42、待钛还原反应全部结束后，关闭隔离微阀，阻断铝还原反应腔和滴定检测腔之间的流体通路。

43、进一步地，所述外部光源穿过镂空透光槽、透光耐酸衬层照射滴定检测腔，光学检测窗口采集三价铁硫氰酸根络合物光学信号判定滴定终点，具体包括：

44、滴定作业开始前采集滴定前基线光学信号，每输入一脉冲滴定剂并完成液体混匀后采集实时光学信号；

45、比对实时光学信号与基线光学信号的差值，校验信号变化状态是否满足预设判定条件；

46、在信号差值达到设定阈值、信号持续稳定，且追加确认脉冲后信号同步升高的前提下，判定到达滴定终点，过滤气泡造成的瞬时异常信号。

47、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

48、1、利用芯片基板搭载多组相互隔绝的样品进样支路，解决传统检测通量低、常规微流控共用流道易交叉污染的缺陷；与低氧气氛保护流道协同配合，对反应管路多点同步除氧，抑制三价钛被氧气氧化造成结果偏低问题，通过可拆卸铝还原件稳定四价钛还原反应条件，利用滴定剂脉冲计量单元实现滴定剂微量精准分步加注，通过光学检测窗口采集显色络合物光学信号，同时阵列并列布置的片上空白校准单元同步开展空白试验以消除系统误差，实现多样品并行自动化检测，提升工业样品检测通量与定量测试准确度。

49、2、进样口与溢流通道连通固定容积定容微腔，解决人工分样取样体积难以统一、人工操作易引入误差的缺陷；通过溢流结构实现消解液自动化定容，统一所有待测样品初始进样体积，保证各组并行样品初始反应条件保持一致，消除人工移液产生的偶然误差，有效提升多组平行样品检测数据的重复性与稳定性。

50、3、通过带耐酸惰性隔离涂层的铝还原件、铝还原反应腔限位卡槽以及隔离微阀，解决铝还原有效接触面积不可控、各样品还原条件难以统一、还原后三价钛易再次氧化的缺陷。

51、4、保护气体总接口与多根通气支管，解决无法同步对多个腔体置换空气、三价钛易被氧化导致检测结果偏低的缺陷；保护气体经总接口分流后输送至各腔体上部，同步置换铝还原反应腔、隔离微阀下游通道、滴定检测腔内部空气，全域构建无氧环境，统一所有样品的气氛防护条件。

52、5、利用滴定剂脉冲计量单元设置的入口微阀、固定容积计量腔、出口微阀与气压驱动组件，解决传统人工滴定体积控制精度差、微量滴定剂难以精准计量的缺陷；依靠固定容积腔体单次定量储存滴定剂，以气压驱动实现脉冲式分步加注，便于分段采集光学信号，降低滴定体积控制误差，提升滴定定量精度。

53、6、利用滴定检测腔内部微型混合结构、正对布置的光学检测窗口、透光耐酸衬层以及贯通式镂空透光槽，解决液体混合不均、光路布设受限、信号采集稳定性不足的缺陷；微型混合结构促使滴定体系充分混匀，透光结构保障光路顺畅传输，为持续采集络合物光学信号提供稳定硬件基础，改善光学信号采集可靠性。

54、7、空白液进样口与内置流路协同配合，解决检测缺少同步空白校正、试剂与腔体带来的系统误差难以补偿的缺陷。