集成光催化預處理功能的水樣重金屬微分析系統(tǒng)研究

環(huán)境污染是當今社會面臨的重要問題，光催化氧化技術(shù)在解決水環(huán)境污染等重大問題方面有著廣泛的研究和應用，但直接作為樣品預處理技術(shù)集成于微流控芯片還很少見。本項目以TiO2涂層微流控芯片的高效光催化和高效微流體控制為基礎(chǔ)，研制光催化流動型微反應器和微流控芯片分析的在線樣品預處理技術(shù)。使有機物在TiO2涂層微流控芯片中實現(xiàn)高效在線光催化降解。然后利用UV-VIS或電化學檢測器進行有機物降解產(chǎn)物或重金屬的在線檢測。建立了集樣品預處理和檢測與一體的微型環(huán)境水樣在線分析系統(tǒng)。 在上述微型環(huán)境水樣在線分析系統(tǒng)中實現(xiàn)了有機磷水樣的在線光催化降解及總磷檢測，總磷的檢測范圍為0.05-5 mg/L，檢出限為0.013mg/L，與國標法的線性范圍和檢出限非常接近。0.1mg/L 的毒死蜱降解率達到100%，完成一次測定（包括樣品消解和紫外檢測）的時間約為30min。 同時實現(xiàn)了EDTA-重金屬水樣的在線光催化及重金屬Cd2 的電化學檢測。Cd2 的檢測范圍為0.005~0.5mg/L，檢出限為2.5μg/L。最佳條件下EDTA的降解率可達92.6%。在線檢測所需的樣品體積僅為0.3mL，完成一個水樣分析的時間約為60min。 在上述微型環(huán)境水樣在線分析系統(tǒng)中還研究了有機物水樣的在線光催化降解及COD檢測。在優(yōu)化的條件下，COD的測定范圍為20-1000mg/L，與標準方法相當。 在該微型分析系統(tǒng)中進行環(huán)境水樣的總磷，重金屬及COD測定具有操作簡單，快速，試劑用量少，避免有毒試劑、珍貴試劑的使用，無二次污染等優(yōu)點。有機物在微流控芯片中光催化降解反應的時間僅需20～60s，但由于受檢測器死體積靈敏度的限制，整個檢測過程則需要30～60min。 因此研制微型的，高靈敏的集成化檢測器是今后研究的一個重點。 2100433B

環(huán)境污染是當今社會面臨的重要問題，光催化氧化技術(shù)在解決水環(huán)境污染等重大問題方面有著廣泛的研究和應用，但直接作為樣品預處理技術(shù)集成于微流控芯片還很少見。本項目以液芯波導技術(shù)的高光傳輸效率和微流控芯片的高效微流體控制為基礎(chǔ)，研制基于液芯波導的光催化流動型微反應器和微流控芯片分析的在線樣品預處理技術(shù)。通過在液芯波導管內(nèi)壁均勻涂覆TiO2薄膜，使光線在波導管內(nèi)長距離高效傳播。通過光纖將激光耦合進液芯波導管，將波導管與微通道相耦合，利用芯片的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)控制樣品及試劑溶液的流動，使有機物在液芯波導管中實現(xiàn)高效在線光催化降解。利用芯片毛細管電泳對水樣中重金屬離子進行在線分離和電化學檢測。.通過研究，不僅能為微流控芯片分析提供一種新的高效的在線樣品預處理方法，同時建立集樣品預處理、分離、檢測與一體的微型環(huán)境水樣在線分析系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上研究可現(xiàn)場監(jiān)測的便攜式水質(zhì)重金屬分析儀器，推動環(huán)境分析系統(tǒng)的進一步發(fā)展。

析因設(shè)計也叫做全因子實驗設(shè)計,就是實驗中所涉及到的全部實驗因素的各水平全面組合形成不同的實驗條件,每個實驗條件下進行兩次或兩次以上的獨立重復實驗.析因設(shè)計的最大優(yōu)點是所獲得的信息量很多,可以準確地估計各實驗因素的主效應的大小,還可估計因素之間各級交互作用效應的大小;其最大缺點是所需要的實驗次數(shù)最多,因此耗費的人力、物力和時間也較多,當所考察的實驗因素和水平較多時,研究者很難承受。

析因設(shè)計可以提供三方面的重要信息：

1、各因素不同水平的效應大小

2、各因素間的交互作用

3、通過比較各種組合，找出最佳組合。

水樣是指為檢驗水體中各種規(guī)定的特征，不連續(xù)或連續(xù)地從特定的水體中取出的有代表性的一部分。

從采樣時間上分，可分為瞬時水樣和混合水樣；從采樣濃度上分，可分為表層水樣、中層水樣和底層水樣；從測試項目分，可分為水質(zhì)水樣和生物水樣。水樣的代表性是分析測試準確性和評價結(jié)論可靠性的前提，而為了保證水樣的代表性，必須選擇具有代表性的監(jiān)測斷面或監(jiān)測點位，采用規(guī)范化的采樣方法，在規(guī)定的時段內(nèi)采集樣品，并及時、有效地將所采集水樣加以穩(wěn)定。