基于光電復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)濟發(fā)展、社會進步，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，諸如工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、礦產(chǎn)資源開發(fā)等，都會帶來水環(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植物生長仍然危害很大;且一旦進入生物體內(nèi)，往往會發(fā)生生物富集現(xiàn)象，很難通過代謝排出。
　　 電化學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;針對溶出伏安法進行了新材料、新工藝和自動化的研究，完善了海水重金屬元素自動分析儀;針對溶出伏安法和光尋址電位傳感器，進行了微型化、集成化研究，開發(fā)了光電復合微陣列芯片;基于光電復合微陣列芯片，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)展計劃（863計劃）項目和國家重點基礎研究發(fā)

3、展計劃（973計劃）項目資助。
　　 本文主要的工作和創(chuàng)新如下:
　　 1.改進、完善了實驗室自行研制的海水重金屬元素自動分析儀，使用差分脈沖溶出伏安法，采用玻碳電極預鍍汞膜，對海水中的鋅、鎘、鉛、銅等4種重金屬離子進行了測定，精密度和準確度均控制在±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行了探索。
　　 2.研制了帶狀微電極陣列，微電極陣列由多

4、個帶狀微電極組成;對微電極陣列進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，提出了一種自動化伏安過程，該過程包括了系統(tǒng)自校準、自動量程、多種標液選擇與自動富集時間等;基于自動化伏安過程，改進了電化學陣列傳感器的檢測性能，可以擴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，分析了因光強波動、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、強調(diào)制模型和改進方法，構(gòu)建了精密光強調(diào)制系統(tǒng)，并通過實驗證明了基于精密光強調(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合微陣列芯片的設計方法;基于光電復合微陣列芯片，能夠建立自校準模型，提高檢測精度;以光電復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。<