基于光電復(fù)合微陣列芯片的水循環(huán)重金屬智能無線監(jiān)測系統(tǒng)研究.pdf

1、目前，經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步，但是伴隨而來的環(huán)境問題也日益突出。特別地，很多人類活動(dòng)，諸如工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、礦產(chǎn)資源開發(fā)等，都會(huì)帶來水環(huán)境的重金屬污染問題。一般說來，以鋅、鎘、鉛、銅等離子為代表的重金屬污染，不易以視覺、嗅覺等方法直觀觀測;但即使在很低濃度下(10～100μg/L)，重金屬污染對人體健康與動(dòng)植物生長仍然危害很大;且一旦進(jìn)入生物體內(nèi)，往往會(huì)發(fā)生生物富集現(xiàn)象，很難通過代謝排出。
　　 電化學(xué)溶出伏安法和具有特異敏感特性的光尋址

2、電位傳感器，是水環(huán)境重金屬污染現(xiàn)場監(jiān)測的兩種有效方法。本文選擇了上述兩種方法，分析了溶出伏安法和光尋址電位傳感器的基本原理;針對溶出伏安法進(jìn)行了新材料、新工藝和自動(dòng)化的研究，完善了海水重金屬元素自動(dòng)分析儀;針對溶出伏安法和光尋址電位傳感器，進(jìn)行了微型化、集成化研究，開發(fā)了光電復(fù)合微陣列芯片;基于光電復(fù)合微陣列芯片，開發(fā)了用于太湖水質(zhì)監(jiān)測的水環(huán)境重金屬無線智能監(jiān)測系統(tǒng)。研究工作受國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目和國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)

3、展計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目資助。
　　 本文主要的工作和創(chuàng)新如下:
　　 1.改進(jìn)、完善了實(shí)驗(yàn)室自行研制的海水重金屬元素自動(dòng)分析儀，使用差分脈沖溶出伏安法，采用玻碳電極預(yù)鍍汞膜，對海水中的鋅、鎘、鉛、銅等4種重金屬離子進(jìn)行了測定，精密度和準(zhǔn)確度均控制在±15～20％以內(nèi)，滿足合同要求，儀器順利通過了渤海海試與第三方比測。此外，對同位鍍鉍膜測定重金屬離子方法進(jìn)行了探索。
　　 2.研制了帶狀微電極陣列，微電極陣列由多

4、個(gè)帶狀微電極組成;對微電極陣列進(jìn)行了尺寸表征和伏安特性掃描，電極特性良好，可用于鉛、銅等重金屬元素離子檢測。
　　 3.針對微電極陣列，提出了一種自動(dòng)化伏安過程，該過程包括了系統(tǒng)自校準(zhǔn)、自動(dòng)量程、多種標(biāo)液選擇與自動(dòng)富集時(shí)間等;基于自動(dòng)化伏安過程，改進(jìn)了電化學(xué)陣列傳感器的檢測性能，可以擴(kuò)展微電極陣列測試范圍，降低檢測噪聲。
　　 4.針對光尋址電位傳感器，分析了因光強(qiáng)波動(dòng)、光源噪聲等因素引發(fā)測量誤差的原理，提出了一種精密光

5、強(qiáng)調(diào)制模型和改進(jìn)方法，構(gòu)建了精密光強(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)，并通過實(shí)驗(yàn)證明了基于精密光強(qiáng)調(diào)制，有效提高光尋址電位傳感器的檢測精度。
　　 5.在同一個(gè)硅基底上，集成了微電極陣列和光尋址電位傳感器，提出了一種新型的帶狀微電極陣列和光電復(fù)合微陣列芯片的設(shè)計(jì)方法;基于光電復(fù)合微陣列芯片，能夠建立自校準(zhǔn)模型，提高檢測精度;以光電復(fù)合微陣列芯片為核心，結(jié)合無線傳感器技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出并實(shí)現(xiàn)了水環(huán)境重金屬智能無線監(jiān)測系統(tǒng)，用于區(qū)域水環(huán)境重金屬監(jiān)測。<