【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及土壤檢測技術，特別涉及土壤微塑料污染檢測裝置及檢測方法。
技術介紹
1、存留在環境中的塑料制品，通過風化作用、光熱分解、化學降解、機械降解等物理侵蝕，非生物降解、生物降解作用的方式，形成的粒徑小于5mm的塑料顆粒被稱為微塑料。
2、微塑料粒徑小、比表面積大、疏水性和吸附性強且難以降解，對污染物有較強的荷載作用并可被動植物攝取進入食物鏈，通過食物鏈層層富集，最終進入人體，嚴重威脅生態環境與人體健康。微塑料已成為一類新型污染物遍布全球各個角落，從大氣到土壤、從動植物到人體內，均已發現微塑料的存在，由此產生的污染問題日趨嚴峻。農田土壤中微塑料的不斷累積，不僅會影響農田土壤質量和生產力，還會影響農作物產量與質量。因此，微塑料已成為農田土壤健康和糧食安全最嚴重的威脅之一。
3、迄今為止，雖有大量關于環境中微塑料污染的調查研究，但針對土壤中微塑料污染的研究卻十分匱乏。現階段我國對農田土壤中微塑料監測、檢測與治理的研究還較少，且整體還面臨底數不清、檢測手段較少、防治辦法不足等諸多問題。土壤中的微塑料樣品通常批量較大，步驟復雜的方法會給檢測工作帶來很多局限性，難以實現研究結果間橫向比較和生態風險的準確有效評估。
4、目前，土壤微塑料分離以物理分離為主，可與化學方法結合使用，由于微塑料為固態有機聚合物，會與土壤顆粒發生團聚，且不溶于常規酸、堿和有機溶劑，無法被常規的化學分析方法檢測，因此樣品分離主要通過密度浮選法、篩分法、磁性分離法、靜電分選法等。同時，土壤中雜質顆粒、有機質、難熔態化合物等均會對
技術實現思路
1、專利技術目的：本專利技術的目的是提供一種可在農田現場對土壤微塑料污染進行就地檢測的裝置，以及用該裝置進行檢測的方法，快速、簡便、低廉地檢測土壤微塑料。
2、技術方案：一種農田土壤微塑料污染現場檢測用集成微波傳感裝置，包括微波傳感器，所述微波傳感器包括底層的銅底板、中間層的teflon基板、頂層的具有傳感器圖形的銅層，所述傳感器圖形包括開口諧振環的圖形和耦合線的圖形，所述開口諧振環和所述耦合線構成無源諧振電路，所述開口諧振環的開口a處為土壤溶液滴液口，所述耦合線的開口b處連入的放大器芯片構成有源放大電路，所述開口諧振環的輸入端、輸出端與矢量網絡分析儀串聯，所述耦合線的輸入端、輸出端與電壓表串聯。
3、進一步的，所述開口a處封裝有pdms微流控通道，土壤溶液通過所述pdms微流控通道流入至所述開口a。pdms微流控通道用于穩定的向微波傳感器的同一塊傳感區域輸送液體，則土壤溶液滴加到pdms微流控通道上可通過pdms微流控通道流入至開口a。
4、進一步的，所述放大器芯片具有四個引腳，兩個是源極，均用于接地，一個是漏極，一個是柵極，漏極和柵極在所述開口b處分別與所述耦合線的一端連接，構成有源放大電路。
5、進一步的，所述放大器芯片采用atf54143型號。
6、進一步的，所述開口諧振環的圖形尺寸為：l1＝9.28～13.92mm、l2＝14.4～21.6mm、l3＝4.32～6.48mm、w1＝0.64～0.96mm、l4＝3.2～4.8mm，線寬w2＝1.12～1.68mm，所述開口諧振環的圖形各處線寬相同；所述耦合線的圖形尺寸為：l5＝2.16～3.24mm、l6＝5.04～7.56mm、l7＝7.12～10.68mm，線寬w3＝0.8～1.2mm，所述耦合線的圖形各處線寬相同；
7、所述銅層的厚度為0.56～0.84mm；
8、所述開口諧振環的固有頻率ε'為所述銅層材料的有效介電常數，c為光速。
9、最佳的，所述開口諧振環的圖形尺寸為：l1＝11.6mm、l2＝18mm、l3＝5.4mm、w1＝0.8mm、l4＝4mm，線寬w2＝1.4mm，所述開口諧振環的圖形各處線寬相同；所述耦合線的圖形尺寸為：l5＝2.7mm、l6＝6.3mm、l7＝8.9mm，線寬w3＝1mm，所述耦合線的圖形各處線寬相同；
10、所述銅層的厚度為0.07mm。
11、進一步的，所述微波傳感器是由以下方法制成的：
12、將感光藍油以稀釋劑稀釋后，均勻涂覆在pcb板的一側表面，然后烘干；
13、將打印有傳感器圖形的菲林片固定在pcb板的感光藍油面上，一起放入紫外線曝光機中曝光；
14、將pcb板放置在顯影液中顯影，褪去除傳感器圖形處之外的感光藍油；
15、將pcb板放置在feo3溶液中腐蝕，刻蝕除傳感器圖形處之外的區域，然后沖洗pcb板；
16、將pcb板放置在naoh溶液中脫膜，脫去傳感器圖形處的感光藍油，露出的銅層即為傳感器圖形。
17、一種利用上述的集成微波傳感裝置對農田土壤微塑料污染現場檢測的方法：
18、將土壤溶液滴入pdms微流控通道，通過矢量網絡分析儀測得微波傳感器的諧振頻率和諧振幅度，有源放大電路增加了微波傳感器的靈敏度；
19、對于具有不同微塑料濃度的土壤溶液，根據測試數據分別建立諧振頻率與諧振幅度和土壤微塑料濃度關系的大數據庫模型，使用機器學習算法來預測土壤微塑料濃度，進一步提高檢測準確度。
20、進一步的，靈敏度δf為滴加不同微塑料濃度的土壤溶液時諧振頻率的變化，δc為土壤溶液濃度的變化。
21、進一步的，有源放大電路增加了微波傳感器的靈敏度，是由有源放大電路在其輸出上產生180°相移，并且由無源諧振電路引入另一個180°相移，從而在無源諧振電路周圍產生正反饋，補償功率損耗并提高品質因數，品質因數越高則微波傳感器性能越好；
22、品質因數f0為微波傳感器的固有頻率，f1、f2分別為固有頻率相差3db時的最高截止頻率和最低截止頻率。
23、有益效果：本專利技術的優點是：集成微波傳感裝置采用pdms微流控通道與基于半導體的集成微波傳感器相結合，將土壤樣品的前處理與微波傳感器濃度檢測集成在單一微流控通道模塊中，借助微流控通道完成繁瑣的土壤微塑料前驅體溶液的浮選，將土壤中多種微塑料利用不同密度值的浮選液，在重力作用下，完成不同種類微塑料的分離，進一步通過高靈敏度集成微波傳感器對每種土壤微塑料的濃度進行定量檢測，建本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種農田土壤微塑料污染現場檢測用集成微波傳感裝置，其特征在于：包括微波傳感器(1)，所述微波傳感器(1)包括底層的銅底板(11)、中間層的Teflon基板(12)、頂層的具有傳感器圖形的銅層(13)，所述傳感器圖形包括開口諧振環(131)的圖形和耦合線(132)的圖形，所述開口諧振環(131)和所述耦合線(132)構成無源諧振電路，所述開口諧振環(131)的開口A(133)處為土壤溶液滴液口，所述耦合線(132)的開口B(134)處連入的放大器芯片(135)構成有源放大電路，所述開口諧振環(131)的輸入端、輸出端與矢量網絡分析儀(2)串聯，所述耦合線(132)的輸入端、輸出端與電壓表(3)串聯。
2.根據權利要求1所述的農田土壤微塑料污染現場檢測用集成微波傳感裝置，其特征在于：所述開口A(133)處封裝有PDMS微流控通道(14)，土壤溶液通過所述PDMS微流控通道(14)流入至所述開口A(133)。
3.根據權利要求1所述的農田土壤微塑料污染現場檢測用集成微波傳感裝置，其特征在于：所述放大器芯片(135)具有四個引腳，兩個是源極，均用于接地，一個是
4.根據權利要求1所述的農田土壤微塑料污染現場檢測用集成微波傳感裝置，其特征在于：所述放大器芯片(135)采用ATF54143型號。
5.根據權利要求1所述的農田土壤微塑料污染現場檢測用集成微波傳感裝置，其特征在于：
6.根據權利要求5所述的農田土壤微塑料污染現場檢測用集成微波傳感裝置，其特征在于：
7.根據權利要求1所述的農田土壤微塑料污染現場檢測用集成微波傳感裝置，其特征在于：所述微波傳感器(1)是由以下方法制成的：
8.一種利用權利要求1～7任一所述的集成微波傳感裝置對農田土壤微塑料污染現場檢測的方法，其特征在于：
9.根據權利要求8所述的集成微波傳感裝置對農田土壤微塑料污染現場檢測的方法，其特征在于：
10.根據權利要求8所述的集成微波傳感裝置對農田土壤微塑料污染現場檢測的方法，其特征在于：有源放大電路增加了微波傳感器的靈敏度，是由有源放大電路在其輸出上產生180°相移，并且由無源諧振電路引入另一個180°相移，從而在無源諧振電路周圍產生正反饋，補償功率損耗并提高品質因數，品質因數越高則微波傳感器性能越好；
...【技術特征摘要】
1.一種農田土壤微塑料污染現場檢測用集成微波傳感裝置，其特征在于：包括微波傳感器(1)，所述微波傳感器(1)包括底層的銅底板(11)、中間層的teflon基板(12)、頂層的具有傳感器圖形的銅層(13)，所述傳感器圖形包括開口諧振環(131)的圖形和耦合線(132)的圖形，所述開口諧振環(131)和所述耦合線(132)構成無源諧振電路，所述開口諧振環(131)的開口a(133)處為土壤溶液滴液口，所述耦合線(132)的開口b(134)處連入的放大器芯片(135)構成有源放大電路，所述開口諧振環(131)的輸入端、輸出端與矢量網絡分析儀(2)串聯，所述耦合線(132)的輸入端、輸出端與電壓表(3)串聯。
2.根據權利要求1所述的農田土壤微塑料污染現場檢測用集成微波傳感裝置，其特征在于：所述開口a(133)處封裝有pdms微流控通道(14)，土壤溶液通過所述pdms微流控通道(14)流入至所述開口a(133)。
3.根據權利要求1所述的農田土壤微塑料污染現場檢測用集成微波傳感裝置，其特征在于：所述放大器芯片(135)具有四個引腳，兩個是源極，均用于接地，一個是漏極，一個是柵極，漏極和柵極在所述開口b(134)處分別與所述耦...
【專利技術屬性】
技術研發人員：殷偉慶，殷梓淇，姚釗，劉學卿，倪涌，劉春樂，李冠霖，解清杰，
申請(專利權)人：江蘇省鎮江環境監測中心，
類型：發明
國別省市：
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