本發(fā)明涉及一種水體細(xì)菌微生物總數(shù)檢測技術(shù)，尤其是一種基于單粒子分析方法的水體總菌檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

國家衛(wèi)生部在gb5749-2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定了飲用水6項微生物指標(biāo)同時還在gb4789-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)-食品微生物學(xué)檢驗》中規(guī)定了食品微生物指標(biāo)以及檢測方法，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)中的細(xì)菌檢測方法主要為平板計數(shù)法，其檢測流程主要包括無菌采樣、稀釋培養(yǎng)、平板計數(shù)，其中樣品需要在無菌環(huán)境下培養(yǎng)24-48小時，整個檢測過程繁瑣、耗時長，檢測結(jié)果滯后，需要多種專業(yè)儀器和耗材。

隨著日益嚴(yán)峻的飲水安全問題與更嚴(yán)格的檢測標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的檢測方法已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的監(jiān)測需求。首先飲用水細(xì)菌超標(biāo)輕則引起腸胃性疾病，重則可致人死亡，其次飲用水中的細(xì)菌微生物對公共醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域有著重要的影響，比如餐飲、醫(yī)藥、微生物發(fā)酵、國防安全等，細(xì)菌濃度超標(biāo)可能直接導(dǎo)致研發(fā)失敗、產(chǎn)品不合格等?；趩瘟Ｗ臃治龇椒ǖ乃w總菌檢測系統(tǒng)無需采樣培養(yǎng)，無需人工參與，檢測系統(tǒng)按照單片機設(shè)定程序自動采樣并進(jìn)行快速檢測，30分鐘之內(nèi)就可以得到檢測結(jié)果，從而可以實現(xiàn)快速檢測水中細(xì)菌濃度，并及時預(yù)警，一旦發(fā)現(xiàn)有異常情況，可以第一時間找到污染源并阻斷污染。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種基于單粒子分析方法的水體總菌檢測方法及系統(tǒng)。

其采用的技術(shù)方案如下：

一種基于單粒子分析方法的水體總菌檢測方法，包括如下步驟：

1)stc單片機根據(jù)設(shè)定的程序發(fā)送打開三通電磁閥接口a的指令，當(dāng)電磁閥控制器接收到該指令后，驅(qū)動三通電磁閥打開接口a；以及stc單片機根據(jù)設(shè)定的程序發(fā)送抽取水樣的指令，當(dāng)注射泵控制器接收到該抽取水樣的指令后，驅(qū)動注射泵從樣品瓶中抽取水樣，完成后注射泵向stc單片機發(fā)送反饋指令；

2)stc單片機根據(jù)設(shè)定的程序發(fā)送打開三通電磁閥接口b的指令，當(dāng)電磁閥控制器接收到該指令后，驅(qū)動三通電磁閥打開接口b并隨即關(guān)閉接口a；

3)stc單片機根據(jù)設(shè)定的程序分別發(fā)送打開激光控制器與光倍管控制器的指令，激光控制器與光倍管控制器接收到指令后分別打開激光開關(guān)以及激活光倍器，并同時使得流量計與脈沖計數(shù)器處于激活狀態(tài)；

4)stc單片機根據(jù)設(shè)定的程序發(fā)送檢測指令，注射泵控制器收到指令后以1ml/min～10ml/min的流速將注射泵管內(nèi)的水樣打入毛細(xì)管流通池，毛細(xì)管流通池正中心有一直徑10μm～500μm的毛細(xì)管道，水樣從毛細(xì)管流過時，水中的粒子形成粒子束，逐一通過監(jiān)測點，若該粒子是細(xì)菌細(xì)胞，則在整形后的激光的照射下發(fā)射420nm～650nm的熒光，在垂直于激光照射方向上的熒光被熒光收集鏡收集、準(zhǔn)直，再通過熒光濾光片濾除雜散光，隨后被導(dǎo)入光倍器，光倍器將熒光信號轉(zhuǎn)成電脈沖信號，該電脈沖信號被脈沖計數(shù)器記錄，檢測完成后，根據(jù)脈沖計數(shù)器所記錄的脈沖的數(shù)量便可以獲得細(xì)菌總數(shù)，同時根據(jù)流量計記錄的流過毛細(xì)管流通池水的體積，便可以計數(shù)出該水樣中細(xì)菌濃度。

進(jìn)一步地，在步驟4)中，細(xì)菌發(fā)射的熒光來自于細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸與核黃素，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸與核黃素在激光器的照射下會發(fā)射420nm-650nm波段的熒光。

進(jìn)一步地，在步驟4)中，所述熒光收集鏡包括毛細(xì)管流通池上方的顯微物鏡和另一側(cè)的熒光反射鏡組，熒光反射鏡組包含一個消色差平凸透鏡和一個平面反射鏡，熒光反射鏡組可以將散射向毛細(xì)管流通池底部的熒光反射向顯微物鏡，顯微物鏡收集熒光并將熒光準(zhǔn)直。

進(jìn)一步地，所述毛細(xì)管流通池材質(zhì)為熔融石英玻璃，該毛細(xì)管流通池中心有直徑10μm-500μm毛細(xì)管，且毛細(xì)管內(nèi)壁經(jīng)過所化學(xué)拋光處理。

進(jìn)一步地，在步驟4)中，所述脈沖計數(shù)器采用二進(jìn)制加法計數(shù)器，該進(jìn)制加法計數(shù)器由計數(shù)單元和控制門單元所組成，計數(shù)單元則由具有存儲信息功能的觸發(fā)器構(gòu)成，每一個經(jīng)過處理后的電脈沖信號觸發(fā)計數(shù)器，使其計數(shù)單元在原有二進(jìn)制數(shù)字的基礎(chǔ)上增加一，并且保持該數(shù)字直到下一個電脈沖信號，在一個監(jiān)測周期內(nèi)，計數(shù)器累加接受到的電脈沖數(shù)量。

本發(fā)明還提供了一種基于單粒子分析方法的水體總菌檢測系統(tǒng)，包括

一激光器，該激光器連接激光濾光片，所述激光濾光片連接激光光束整形鏡；

一光倍器，分別連接熒光濾光片和熒光收集鏡；

一三通電磁閥，該三通電磁閥的端口c與注射泵，端口a連接樣品瓶，端口b通過流量計連接到毛細(xì)管流通池的入水口,所述毛細(xì)管流通池出水口連接廢液瓶；

一pcb控制與信號處理系統(tǒng)，該pcb控制與信號處理系統(tǒng)分別與光倍器、激光器、注射泵、雙通道電磁閥以及流量計連接。

進(jìn)一步地，所述pcb控制與信號處理系統(tǒng)包括stc單片機、三通電磁閥控制器、注射泵控制器、光倍器控制器、脈沖計數(shù)器、存儲器以及激光控制器，所述stc單片機分別與三通電磁閥控制器、注射泵控制器、光倍器控制器、脈沖計數(shù)器、存儲器以及激光控制器連接，所述三通電磁閥控制器與三通電磁閥連接，所述光倍器控制器和脈沖計數(shù)器與光倍器連接，所述激光控制器與激光器連接，所述注射泵控制器與注射泵連接。

進(jìn)一步地，所述激光光束整形鏡是由多個柱面鏡組合而成，且每個柱面鏡的采用熔融石英玻璃材質(zhì)，經(jīng)過該激光整形鏡整形后的激光光斑形狀為橢球狀，橢球光斑的長軸長度約等于毛細(xì)管的直徑，橢球光斑短軸長度小于20μm。

進(jìn)一步地，所述激光器為350nm-450nm波段激光器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1)相比傳統(tǒng)檢測方法，該細(xì)菌計數(shù)器通過單粒子分析并直接計數(shù)的方式計算細(xì)菌細(xì)胞的數(shù)目，從而檢測極限與靈敏度可達(dá)一個細(xì)菌細(xì)胞，其次整個檢測過程都在封閉環(huán)境下自動進(jìn)行，檢測過程不易受人為或者外圍環(huán)境因素的影響，檢測結(jié)果更精準(zhǔn)。

2)該細(xì)菌總數(shù)檢測系統(tǒng)可用于在線監(jiān)測細(xì)菌濃度，免去人工采樣、運輸、培養(yǎng)等環(huán)節(jié)，從而大幅降低監(jiān)測成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的原理示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖以及具體實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。

參照圖1，本發(fā)明提供的實施例的附圖標(biāo)記如下：

1、激光器；2、激光濾光鏡；3、激光光束整形鏡；4、光倍器；5、熒光濾光鏡；6、熒光收集鏡；7、毛細(xì)管流通池；8、注射泵；9、三通電磁閥；10、流量計；11、樣品瓶；12、廢液瓶；13、pcb控制與信號處理系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的單粒子分析法是通過激光誘導(dǎo)水中粒子發(fā)射熒光，并逐個分析水中粒子熒光特性的方法，實現(xiàn)對一定體積水中細(xì)菌總數(shù)的檢測，同時根據(jù)細(xì)菌總數(shù)與水的體積比例關(guān)計算水樣中的細(xì)菌濃度。

具體的方案如下：

一種基于單粒子分析方法的水體總菌檢測方法，包括如下步驟：

1)stc單片機根據(jù)設(shè)定的程序發(fā)送打開三通電磁閥接口a的指令，當(dāng)電磁閥控制器接收到該指令后，驅(qū)動三通電磁閥打開接口a；以及stc單片機根據(jù)設(shè)定的程序發(fā)送抽取水樣的指令，當(dāng)注射泵控制器接收到該抽取水樣的指令后，驅(qū)動注射泵從樣品瓶中抽取水樣，完成后注射泵向stc單片機發(fā)送反饋指令；

2)stc單片機根據(jù)設(shè)定的程序發(fā)送打開三通電磁閥接口b的指令，當(dāng)電磁閥控制器接收到該指令后，驅(qū)動三通電磁閥打開接口b并隨即關(guān)閉接口a；

3)stc單片機根據(jù)設(shè)定的程序分別發(fā)送打開激光控制器與光倍管控制器的指令，激光控制器與光倍管控制器接收到指令后分別打開激光開關(guān)以及激活光倍器，并同時使得流量計與脈沖計數(shù)器處于激活狀態(tài)；

4)stc單片機根據(jù)設(shè)定的程序發(fā)送檢測指令，注射泵控制器收到指令后以1ml/min～10ml/min的流速將注射泵管內(nèi)的水樣打入毛細(xì)管流通池，毛細(xì)管流通池正中心有一直徑10μm～500μm的毛細(xì)管道，水樣從毛細(xì)管流過時，水中的粒子形成粒子束，逐一通過監(jiān)測點，若該粒子是細(xì)菌細(xì)胞，則在整形后的激光的照射下發(fā)射420nm～650nm的熒光，在垂直于激光照射方向上的熒光被熒光收集鏡收集、準(zhǔn)直，再通過熒光濾光片濾除雜散光，隨后被導(dǎo)入光倍器，光倍器將熒光信號轉(zhuǎn)成電脈沖信號，該電脈沖信號被脈沖計數(shù)器記錄，檢測完成后，根據(jù)脈沖計數(shù)器所記錄的脈沖的數(shù)量便可以獲得細(xì)菌總數(shù)，同時根據(jù)流量計記錄的流過毛細(xì)管流通池水的體積，便可以計數(shù)出該水樣中細(xì)菌濃度。

在步驟4)中，細(xì)菌發(fā)射的熒光來自于細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸與核黃素，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸與核黃素在激光器的照射下會發(fā)射420nm-650nm波段的熒光。

在步驟4)中，所述熒光收集鏡包括毛細(xì)管流通池上方的顯微物鏡和另一側(cè)的熒光反射鏡組，熒光反射鏡組包含一個消色差平凸透鏡和一個平面反射鏡，熒光反射鏡組可以將散射向毛細(xì)管流通池底部的熒光反射向顯微物鏡，顯微物鏡收集熒光并將熒光準(zhǔn)直。

所述毛細(xì)管流通池材質(zhì)為熔融石英玻璃，該毛細(xì)管流通池中心有直徑10μm-500μm毛細(xì)管，且毛細(xì)管內(nèi)壁經(jīng)過所化學(xué)拋光處理。

在步驟4)中，所述脈沖計數(shù)器采用二進(jìn)制加法計數(shù)器，該進(jìn)制加法計數(shù)器由計數(shù)單元和控制門單元所組成，計數(shù)單元則由具有存儲信息功能的觸發(fā)器構(gòu)成，每一個經(jīng)過處理后的電脈沖信號觸發(fā)計數(shù)器，使其計數(shù)單元在原有二進(jìn)制數(shù)字的基礎(chǔ)上增加一，并且保持該數(shù)字直到下一個電脈沖信號，在一個監(jiān)測周期內(nèi)，計數(shù)器累加接受到的電脈沖數(shù)量。

本發(fā)明還提供了一種基于單粒子分析方法的水體總菌檢測系統(tǒng)，包括

一激光器，該激光器連接激光濾光片，所述激光濾光片連接激光光束整形鏡；

一光倍器，分別連接熒光濾光片和熒光收集鏡；

一三通電磁閥，該三通電磁閥的端口c與注射泵，端口a連接樣品瓶，端口b通過流量計連接到毛細(xì)管流通池的入水口,所述毛細(xì)管流通池出水口連接廢液瓶；

一pcb控制與信號處理系統(tǒng)，該pcb控制與信號處理系統(tǒng)分別與光倍器、激光器、注射泵、雙通道電磁閥以及流量計連接。

所述pcb控制與信號處理系統(tǒng)包括stc單片機、三通電磁閥控制器、注射泵控制器、光倍器控制器、脈沖計數(shù)器、存儲器以及激光控制器，所述stc單片機分別與三通電磁閥控制器、注射泵控制器、光倍器控制器、脈沖計數(shù)器、存儲器以及激光控制器連接，所述三通電磁閥控制器與三通電磁閥連接，所述光倍器控制器和脈沖計數(shù)器與光倍器連接，所述激光控制器與激光器連接，所述注射泵控制器與注射泵連接。

所述激光光束整形鏡是由多個柱面鏡組合而成，且每個柱面鏡的采用熔融石英玻璃材質(zhì)，經(jīng)過該激光整形鏡整形后的激光光斑形狀為橢球狀，橢球光斑的長軸長度約等于毛細(xì)管的直徑，橢球光斑短軸長度小于20μm。

所述激光器為350nm-450nm波段激光器。

本發(fā)明可以快速檢測水中細(xì)菌總數(shù)，無需人工參與，無需對樣品進(jìn)行培養(yǎng)，檢測系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定程序自動采樣、進(jìn)液并快速檢測，30分鐘內(nèi)出檢測結(jié)果，檢測結(jié)果不滯后，從而可以快速檢測水中細(xì)菌的濃度，并及時預(yù)警，一旦發(fā)現(xiàn)有異常情況，可以第一時間找到污染源并阻斷污染。