專利名稱：在溶液體系中不除氧條件下的人工媒介體測(cè)定生物化學(xué)需氧量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于在溶液體系中不除氧條件下的人工媒介體測(cè)定生物化學(xué)需氧量的方法。
背景技術(shù)：
生物化學(xué)需氧量(biochemical oxygen demand, BOD)作為水環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要指 標(biāo)，長(zhǎng)期以來(lái)一直以傳統(tǒng)的5日法為標(biāo)準(zhǔn)，但其操作繁瑣、耗時(shí)，還需要熟練的技術(shù)，且不能 及時(shí)反映水質(zhì)變化(參見(jiàn):Liu et al. ， Biosens. Bioelectron. ， Vol. 20， 562 (2004))。近 年來(lái)，BOD的快速測(cè)量方法被大力發(fā)展起來(lái)，這些方法都是基于微生物同化有機(jī)物反應(yīng)的同 時(shí)將電子傳遞給氧氣的原理。但是，由于氧氣在水中的溶解度有限，對(duì)于高濃度的有機(jī)物樣 品需要經(jīng)過(guò)稀釋才能測(cè)量，從而大大降低了結(jié)果的準(zhǔn)確性。另一方面，由于氧氣受溫度、氣 壓影響而變化很大，這會(huì)引起測(cè)量結(jié)果的波動(dòng)，基于檢測(cè)氧消耗的傳感器大多需要附加一 個(gè)氧氣(空氣)平衡裝置(參見(jiàn)Lei et al. ， Anal. Chim. Acta, Vol. 568， 200 (2006) ;Du et al. ， Biotechnol. Adv. ， Vol. 25， 464 (2007))。 近年，一種利用人工媒介體的快速BOD測(cè)量方法被發(fā)展起來(lái)。由于人工媒介體和 氧氣在生物催化反應(yīng)的過(guò)程中存在競(jìng)爭(zhēng)，因此，人工媒介體快速BOD測(cè)量方法一直在去除 溶解氧的條件下進(jìn)行(參見(jiàn)Catterall et al. ， Talanta， Vol. 55， 1187 (2001) ;Nakamura et al. ， Talanta, Vol. 72， 210 (2007))。這里產(chǎn)生了一個(gè)新的問(wèn)題，將一個(gè)附帶的除氧裝置 用于實(shí)際的廢水測(cè)量(如污水處理廠，江河湖泊等)是十分不方便的。這使人工媒介體快 速BOD測(cè)量方法的應(yīng)用基本上被限制在實(shí)驗(yàn)室階段。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決已有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了在溶液體系中不除氧條件下的人工 媒介體測(cè)定生物化學(xué)需氧量的方法。 在溶液體系中不除氧條件下的人工媒介體測(cè)定生物化學(xué)需氧量的方法，其步驟和 條件如下 將菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合，在溫度為30 35t:范圍內(nèi)保持恒 溫，以維持微生物的催化活性，保持恒溫時(shí)間為30min 4h，離心終止反應(yīng)，并取上清液進(jìn) 行電化學(xué)測(cè)量；測(cè)量用電極材料為鉑； 所述的菌懸液為微生物經(jīng)培養(yǎng)后，再經(jīng)離心清洗后懸浮于緩沖溶液中得到的懸 液；所述的微生物為所有的單一微生物或混合微生物；緩沖溶液是由pH值為7的N^HP(^和 KH2P04溶液組成的磷酸鹽緩沖溶液； 所述的人工媒介體為人工媒介體化合物鐵氰化鉀，人工媒介體溶于緩沖溶液得到 人工媒介體溶液；緩沖溶液是由pH值為7的Na2HP04和KH2P04溶液組成的磷酸鹽緩沖溶液；
所述的菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合液中，菌懸液終濃度為2X 109 1 X 1010個(gè)/ml，人工媒介體終濃度為11 55mM，待測(cè)水樣濃度為0. 5 400mg/L B0D5值， 最適宜檢測(cè)的待測(cè)水樣濃度為5 lOOmg/L BOD5值；所述的終濃度定義為菌懸液、人工媒 介體溶液和待測(cè)水樣混合液中微生物、人工媒介體化合物、待測(cè)水樣各自相對(duì)于總體積的 濃度。 有益效果在溶液體系中不除氧條件下的人工媒介體測(cè)定生物化學(xué)需氧量的方 法，在操作過(guò)程中不需要任何附加除氧或者氧氣平衡裝置，實(shí)用性強(qiáng)并大大降低了成本。本 方法中用到的人工媒介體化合物的濃度適應(yīng)性強(qiáng)，比傳統(tǒng)5日法的檢測(cè)對(duì)象02在水中的溶 解度高出1 2個(gè)數(shù)量級(jí)。用本方法測(cè)量生物化學(xué)需氧量的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)5日法測(cè)量的結(jié)果 誤差在±15%以內(nèi)，測(cè)量結(jié)果滿意。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 將菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合，溫度為35t:保持恒溫，保溫時(shí)間為 lh，保溫后離心終止反應(yīng)，離心速度為8000轉(zhuǎn)/分鐘，并取上清液進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量，測(cè)量用 電極材料為鉑。 所述的菌懸液為微生物經(jīng)培養(yǎng)后，再經(jīng)離心清洗后懸浮于緩沖溶液中得到的溶 液；所述的微生物為Escherichia coli DH5 a ，培養(yǎng)用LB培養(yǎng)基，配方為胰化蛋白胨10g， 酵母提取物5g，氯化鈉10g，培養(yǎng)12小時(shí)；緩沖溶液是由pH值為7的Na2HP04和KH2P04溶 液組成的磷酸鹽緩沖溶液。 所述的人工媒介體為人工媒介體化合物鐵氰化鉀，人工媒介體溶于緩沖溶液得到 人工媒介體溶液，緩沖溶液是由pH值為7的Na2HP04和KH2P04溶液組成的磷酸鹽緩沖溶液。
所述的待測(cè)水樣為葡萄糖溶液。 所述的菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合液中，菌懸液終濃度為1 X 101Q個(gè) /ml，人工媒介體終濃度為55mM，待測(cè)水樣的終濃度為B0D5值是5mg/L、 15mg/L、50mg/L和 100mg/L，所述的終濃度定義為菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合液中微生物、人工 媒介體化合物、待測(cè)水樣各自相對(duì)于總體積的濃度。 測(cè)量結(jié)果線性方程為y = 1. 17+0. 079x，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差R = 0. 9995，其中y為電 化學(xué)測(cè)量值，x為生物化學(xué)需氧量理論值。
實(shí)施例2 將菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合，溫度為3(TC保持恒溫，保溫時(shí)間為 50min，保溫后離心終止反應(yīng)，離心速度為8000轉(zhuǎn)/分鐘，并取上清液進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量，測(cè)量 用電極材料為鉑。 所述的菌懸液為微生物經(jīng)培養(yǎng)后，再經(jīng)離心清洗后懸浮于緩沖溶液中得到的 溶液。所述的微生物為吉林省長(zhǎng)春市第二污水處理廠生化池微生物，培養(yǎng)用CASO肉湯 培養(yǎng)基，培養(yǎng)12小時(shí)；所述的CASO肉湯培養(yǎng)基訂購(gòu)于Fluka公司，編號(hào)為Chemie GmbH CH-9471Buchs ;緩沖溶液為由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液組成的磷酸鹽緩沖溶液。
所述的人工媒介體為人工媒介體化合物鐵氰化鉀，人工媒介體溶于緩沖溶液得到 人工媒介體溶液，緩沖溶液是由pH值為7的Na2HP04和KH2P04溶液組成的磷酸鹽緩沖溶液。
所述的待測(cè)水樣為葡萄糖_谷氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。 所述的菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合液中，菌懸液終濃度為5X1Q9個(gè)/ml，人工媒介體終濃度為55mM，待測(cè)水樣的終濃度B0D5值是15mg/L、50mg/L、200mg/L，所述 的終濃度定義為菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合液中微生物、人工媒介體化合物、 待測(cè)水樣各自相對(duì)于總體積的濃度。測(cè)量結(jié)果線性方程為y = 13. 21+0. 180x，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差R = 0. 9709，其中y為電 化學(xué)測(cè)量值，x為生物化學(xué)需氧量理論值。
實(shí)施例3 將菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合，溫度為3(TC保持恒溫，保溫時(shí)間為 50min，保溫后離心終止反應(yīng)，離心速度為8000轉(zhuǎn)/分鐘，并取上清液進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量，測(cè)量 用電極材料為鉑。 所述的菌懸液為微生物經(jīng)培養(yǎng)后，再經(jīng)離心清洗后懸浮于緩沖溶液中得到的溶 液。所述的微生物為BOD seed混合菌，培養(yǎng)用CASO肉湯培養(yǎng)基，培養(yǎng)12小時(shí)，所述的CASO 肉湯培養(yǎng)基訂購(gòu)于Fluka公司，編號(hào)為Chemie GmbH CH-9471Buchs ;緩沖溶液為由pH值7 的Na2HP04和KH2P04溶液組成的磷酸鹽緩沖溶液。 所述的人工媒介體為人工媒介體化合物鐵氰化鉀，人工媒介體溶于緩沖溶液得到 人工媒介體溶液，緩沖溶液為由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液組成的磷酸鹽緩沖溶液。
所述的待測(cè)水樣為葡萄糖_谷氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。 所述的菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合液中，菌懸液終濃度為5X109，人 工媒介體終濃度為55mM，待測(cè)水樣的終濃度為BODs值是15mg/L、50mg/L、200mg/L，所述的 終濃度定義為菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合液中微生物、人工媒介體化合物、待 測(cè)水樣各自相對(duì)于總體積的濃度。 測(cè)量結(jié)果線性方程為y = 5. 73+0. 546x，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差R = 0. 9715，其中y為電 化學(xué)測(cè)量值，x為生物化學(xué)需氧量理論值。
實(shí)施例4 將菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合，溫度為35t:保持恒溫，保溫時(shí)間為 4h，保溫后離心終止反應(yīng)，離心速度為8000轉(zhuǎn)，并取上清液進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量，測(cè)量用電極材 料為鉑。 所述的菌懸液為微生物經(jīng)培養(yǎng)后，再經(jīng)離心清洗后懸浮于緩沖溶液中得到的溶 液。所述的微生物為Escherichia coli DH5 a ，培養(yǎng)用LB培養(yǎng)基，配方為胰化蛋白胨10g， 酵母提取物5g，氯化鈉10g，培養(yǎng)12小時(shí)，緩沖溶液為由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液組 成的磷酸鹽緩沖溶液。 所述的人工媒介體為人工媒介體化合物鐵氰化鉀，人工媒介體溶于緩沖溶液得到 人工媒介體溶液，緩沖溶液為由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液組成的磷酸鹽緩沖溶液。
所述的待測(cè)水樣為葡萄糖_谷氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。 所述的菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合液中，菌懸液終濃度為1 X 101Q個(gè) /ml，人工媒介體終濃度為55mM，待測(cè)水樣的終濃度為BOD5值是50mg/L， 100mg/L， 200mg/L， 300mg/L， 400mg/L，所述的終濃度定義為菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合液中微生 物、人工媒介體化合物、待測(cè)水樣各自相對(duì)于總體積的濃度。 測(cè)量結(jié)果線性方程為y = 7. 45+0. 040x，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差R = 0. 9903，其中y為電
化學(xué)測(cè)量值，x為生物化學(xué)需氧量理論值。
5
實(shí)施例5 將菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合，溫度為35t:保持恒溫，保溫時(shí)間為
lh，保溫后離心終止反應(yīng)，離心速度為8000轉(zhuǎn)/分鐘，并取上清液進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量，測(cè)量用 電極材料為鉑。 所述的菌懸液為微生物經(jīng)培養(yǎng)后，再經(jīng)離心清洗后懸浮于緩沖溶液中得到的溶 液。所述的微生物為Escherichia coli DH5 a ，培養(yǎng)用LB培養(yǎng)基，配方為胰化蛋白胨10g， 酵母提取物5g，氯化鈉10g，培養(yǎng)12小時(shí)，緩沖溶液為由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液組 成的磷酸鹽緩沖溶液。 所述的人工媒介體為人工媒介體化合物鐵氰化鉀，人工媒介體溶于緩沖溶液得到 人工媒介體溶液，緩沖溶液為由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液組成的磷酸鹽緩沖溶液。
所述的待測(cè)水樣為葡萄糖_谷氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。 所述的菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合液中，菌懸液終濃度為5X 109個(gè) /ml，人工媒介體終濃度為27. 5mM，待測(cè)水樣的終濃度為BOD5值是2. 5mg/L、5mg/L、 10mg/L、 20mg/L，所述的終濃度定義為菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合液中微生物、人工媒 介體化合物、待測(cè)水樣各自相對(duì)于總體積的濃度。 測(cè)量結(jié)果線性方程為y = 0. 74+0. 027x，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差R = 0. 9772，其中y為電 化學(xué)測(cè)量值，x為生物化學(xué)需氧量理論值。
實(shí)施例6 將菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合，溫度為35t:保持恒溫，保溫時(shí)間為 lh，保溫后離心終止反應(yīng)，離心速度為8000轉(zhuǎn)，并取上清液進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量，測(cè)量用電極材 料為鉑。 所述的菌懸液為微生物經(jīng)培養(yǎng)后，再經(jīng)離心清洗后懸浮于緩沖溶液中得到的溶 液。所述的微生物為Escherichia coli DH5 a ，培養(yǎng)用LB培養(yǎng)基，配方為胰化蛋白胨10g， 酵母提取物5g，氯化鈉10g，培養(yǎng)12小時(shí)，緩沖溶液為由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液組 成的磷酸鹽緩沖溶液。 所述的人工媒介體為人工媒介體化合物鐵氰化鉀，人工媒介體溶于緩沖溶液得到 人工媒介體溶液，緩沖溶液為由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液組成的磷酸鹽緩沖溶液。
所述的待測(cè)水樣為葡萄糖_谷氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。 所述的菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合液中，菌懸液終濃度為2Xl(f個(gè)/
ml，人工媒介體終濃度為llmM，待測(cè)水樣的終濃度為BOD5值是0. 5mg/L， 1. 5mg/L， 2. 5mg/L、
5mg/L、10mg/L、20mg/L、40mg/L，所述的終濃度定義為菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣
混合液中微生物、人工媒介體化合物、待測(cè)水樣各自相對(duì)于總體積的濃度。 測(cè)量結(jié)果線性方程為y = 0. 03+0. 608x，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差R = 0. 9650，其中y為電
化學(xué)測(cè)量值，x為生物化學(xué)需氧量理論值。 實(shí)施例7 將菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合，溫度為3(TC保持恒溫，保溫時(shí)間為 lh，保溫后離心終止反應(yīng)，離心速度為8000轉(zhuǎn)/分鐘，并取上清液進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量，測(cè)量用 電極材料為鉑。 所述的菌懸液為微生物經(jīng)培養(yǎng)后，再經(jīng)離心清洗后懸浮于緩沖溶液中得到的溶液。所述的微生物為Escherichia coli DH5 a ，培養(yǎng)用LB培養(yǎng)基，配方為胰化蛋白胨10g， 酵母提取物5g，氯化鈉10g，培養(yǎng)12小時(shí)，緩沖溶液為由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液組 成的磷酸鹽緩沖溶液。 所述的人工媒介體為人工媒介體化合物鐵氰化鉀，人工媒介體溶于緩沖溶液得到 人工媒介體溶液，緩沖溶液為由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液組成的磷酸鹽緩沖溶液。
所述的待測(cè)水樣為吉林省長(zhǎng)春市第二污水處理廠初沉池污水和二沉池污水。
所述的菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合液中，菌懸液終濃度為1 X 101Q個(gè) /ml，人工媒介體終濃度為55mM，所述的待測(cè)水樣為未知濃度的廢水無(wú)需進(jìn)過(guò)稀釋，所述的 終濃度定義為菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合液中微生物、人工媒介體化合物、待 測(cè)水樣各自相對(duì)于總體積的濃度。 測(cè)量結(jié)果初沉池樣品本方法測(cè)量值為25. 6mg/L B0D5值，標(biāo)準(zhǔn)5日法測(cè)量結(jié)果為 25mg/L。 二沉池樣品本方法測(cè)量值為7. 2mg/LB0D5值，標(biāo)準(zhǔn)5日法測(cè)量結(jié)果為4. 2mg/L。
權(quán)利要求
在溶液體系中不除氧條件下的人工媒介體測(cè)定生物化學(xué)需氧量的方法，其步驟和條件如下將菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合，在溫度為30～35℃范圍內(nèi)保持恒溫，保持恒溫時(shí)間為30min～4h，離心終止反應(yīng)，并取上清液進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量；測(cè)量用電極材料為鉑；所述的菌懸液為微生物經(jīng)培養(yǎng)后，再經(jīng)離心清洗后懸浮于緩沖溶液中得到的懸液；所述的微生物為所有的單一微生物或混合微生物；緩沖溶液是由pH值為7的Na2HPO4和KH2PO4溶液組成的磷酸鹽緩沖溶液；所述的人工媒介體為人工媒介體化合物鐵氰化鉀，人工媒介體溶于緩沖溶液得到人工媒介體溶液；緩沖溶液是由pH值為7的Na2HPO4和KH2PO4溶液組成的磷酸鹽緩沖溶液；所述的菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合液中，菌懸液終濃度為2×109～1×1010個(gè)/ml，人工媒介體終濃度為11～55mM，待測(cè)水樣終濃度為0.5～400mg/L BOD5值；所述的終濃度定義為菌懸液、人工媒介體溶液和待測(cè)水樣混合液中微生物、人工媒介體化合物、待測(cè)水樣各自相對(duì)于總體積的濃度。
2. 如權(quán)利要求所述的在溶液體系中不除氧條件下的人工媒介體測(cè)定生物化學(xué)需氧量的方法，其特征在于，所述的電待測(cè)水樣終濃度為5 100mg/L的BOD5值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了在溶液體系中不除氧條件下的人工媒介體測(cè)定生物化學(xué)需氧量的方法。在測(cè)量過(guò)程中采用所有的單一微生物或混合微生物均可。人工媒介體采用鐵氰化鉀。檢測(cè)方式為電化學(xué)測(cè)量，測(cè)量采用電極材料為鉑?？蓹z測(cè)的水樣的濃度為0.5～400mg/L BOD5值，最適宜的檢測(cè)濃度為5～100mg/L BOD5值。本法在測(cè)量過(guò)程中不需要附加除氧裝置和平衡氧氣裝置。
文檔編號(hào)G01N27/26GK101718736SQ20091021782
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者劉玲, 董紹俊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所