随着人类社会的快速发展,人们的生活水平也不断提高,对生活的各方面需求也不断增高,与此同时,其产生的生活垃圾也不断增多,向环境中投放的生活垃圾种类也急剧的增加,生活垃圾组成成分也越来越复杂。所产生的垃圾渗滤液的组成成分也越来越复杂。垃圾渗滤液的污染物主要以有机物为主,也称为有机废水。有机废水的有机污染物根据其对环境的污染危害和影响可分为易被降解的有机污染物和不易被降解的有机污染物。易被降解的有机污染物多为碳氢化合物类、脂肪类、蛋白质类等;不易被降解的有机污染物主要有酚类、苯类以及多环芳烃等。因此水质的检测越来越引起人们的重视。传统对有机废水中有机污染物的检测采用五日生化需要量、化学需氧量方法,其主要是利用水体在特殊条件下所消耗氧的量计算出水体中有机物污染浓度的综合指标。BOD检测方法存在着用时比较长,步骤相对较为复杂,接种也需要驯化,稀释的倍数等多种因素的影响。COD的检测方法主要是用高锰酸钾法和重铬酸钾滴定法,一般常用的是重铬酸钾滴定法,但是这种方法操作比较复杂,同时实验所用的硫酸汞、硫酸银等化学试剂容易造成二次污染。TOC是继BOD、COD之后出现表征水体有机污染含量的综合指标。TOC是指水体中悬浮性有机物和溶解性有机物含碳的总量。测定生活污水的有机物含量具有很高的可靠性、容易实现快速、自动在线检测等优点。TOC含量是有机废水中有机物总量的综合指标,它表示了有机废水中所有有机物的总量,客观地反应了有机废水中有机物的含量。本实验研究内容是采用化学打印的方法将不同扰动剂植入反应芯片上,运用扰动剂对复杂化学溶液的扰动,使复杂化学溶液从一种未知的平衡转变成已知的平衡。实验采用pH的变化来记录新的平衡。使用复合显色剂将pH变化以图片的形式呈现出来,接着利用超声喷雾器将已知TOC浓度的有机废水均匀地喷洒到反应芯片上,运用CCD相机以图片的形式记录喷样前后图片的变化。采用相应的软件将图片数字化,使用机器学习图片与有机废水TOC的相关性,创建出一组大数据,建立相应的数据库,最终达到以反应芯片代替TOC分析仪的目的。主要结论如下:(1)环境中复杂化学溶液内部信息的呈现与记录方法的建立。利用喷墨打印和化学组合的思想,我们设计了复杂溶液信息记录与编码的新策略,使用喷墨打印机制造了反应芯片。(2)在扰动剂和酸碱显色剂的筛选过程中,通过一些化学试剂对复杂化学溶液有机废水的扰动作用。筛选结果如下:1)选择了 0.3 mol/L的酒石酸与巴豆酸以体积为3:1的混合溶液作为本实验的酸性扰动剂;2)选择了 0.2 mol/L的牛磺酸和L-组氨酸以体积比为3:1的混合溶液作为本实验的碱性扰动剂;3)选择了 0.2 mol/L的邻苯二甲酸氢钾和柠檬酸三钠以体积比为4:1的混合溶液作为本实验的偏性扰动剂;4)通过大量的组合筛选,最终选择甲基红与溴百里酚蓝作为本实验的复合显色剂。(3)复杂溶液实验装置的设计与实验。利用流体力学原理,设计并搭建实验反应装置。运用设计打印模板确定芯片上每一个微反应单元格扰动剂的量和组配。通过酸碱显色原理,对复杂化学溶液内部信息进行可视化,并通过图片采集系统对信息的记录并保存。(4)实验结果的图像数字化处理。为了使反应芯片对复杂化学溶液的内部信息直观化,我们通过计算机软件对图像颜色进行提取,并采用“反应图片-读取灰度值-等高线”对复杂化学溶液内部信息进行分析和储存。(5)实验的验证性分析和可行性拓展研究。通过对反应图片的处理和数据分析,我们验证了反应芯片上扰动剂的扰动性、实验的精度以及反应芯片在其他领域复杂化学体系的可行性等特征。(6)通过机器对反应芯片学习并构建一种模拟系统,运用反应芯片能够快速地检测出污水的TOC值。