專利名稱：用于水質(zhì)在線監(jiān)測的檢測裝置及水質(zhì)在線監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于水質(zhì)在線監(jiān)測的檢測裝置及水質(zhì)在線監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
水安全對人類的影響是多方面的，涉及到自然及社會人文的各個方面。因此，水質(zhì)監(jiān)測受到了國內(nèi)外專家學(xué)者、各國政府和國際組織的廣泛關(guān)注。生物化學(xué)需氧量(biochemical oxygen demand, BOD)作為水質(zhì)監(jiān)測的重要指標(biāo)，國際標(biāo)準(zhǔn)為5日BOD法，但其操作繁瑣、耗時，還需要熟練的技術(shù)，且不能及時反映水質(zhì)變化(Liu et al. , Biosens. Bioelectron. , Vol. 20, 562 (2004) ) 近年來所發(fā)展的 BOD 的快速測量都是基于微生物同化有機物反應(yīng)的同時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，對于高濃度的有機物樣品需要經(jīng)過稀釋才能測量，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，這會引起測量結(jié)果的波動，如果附加一個氧氣平衡裝置也會使結(jié)果帶來擾動(Lei et al. , Anal. Chim.Acta, Vol. 568, 200 (2006) ; Du et al. , Biotechnol. Adv. , Vol. 25, 464 (2007))。此外，隨著人類生產(chǎn)活動的發(fā)展，大量既不是人體組成成分，也不是人體所需營養(yǎng)物質(zhì)或維持正常生理功能必須的化學(xué)品被不斷排放到水中，這些有毒有害的化學(xué)品通過食物鏈的放大作用進(jìn)入人體內(nèi)，可能會危害人體健康甚至生命。因此，對水體毒性進(jìn)行檢測及監(jiān)測是評價水體是否受到到污染以及判斷污染程度的重要手段。目前，蛙類、魚類、小鼠、浮游生物、海藻等生物已被用于水體毒性檢測，但是，上述生物進(jìn)行水體毒性檢測時具有測試周期長、成本高、操作復(fù)雜等缺點，不僅難以推廣，而且不能滿足現(xiàn)場快速檢測需要?，F(xiàn)有國際標(biāo)準(zhǔn)IS011348-3規(guī)定使用深海發(fā)光細(xì)菌V. fischeri作為受試生物，實現(xiàn)了快速檢測的需要，但是也存在諸多不足首先，為了平衡滲透壓，測試必須在高鹽度條件下進(jìn)行，可能會引起樣品中某些化學(xué)品性質(zhì)的改變，而且鹽度校正會導(dǎo)致假陰性的結(jié)果；其次，對于一些溶解度低的樣品，則會由于毒物的析出而導(dǎo)致假陽性結(jié)果；再次，該方法采用熒光檢測，檢測信號易受水體渾濁和顏色的影響；最后，發(fā)光細(xì)菌在自然界中不是普遍存在的微生物，獲得和保存較為困難，商品發(fā)光細(xì)菌價格較為昂貴，導(dǎo)致檢測成本較高。近年來，一種利用人工媒介體作為探針的水質(zhì)監(jiān)測方法逐漸發(fā)展起來。所述的人工媒介體，是指在生物呼吸鏈中相對于自然的電子受體氧而人為加入的接受電子并進(jìn)行電子傳遞的物質(zhì)。在人工媒介體作為探針的水質(zhì)監(jiān)測方法中，微生物通過呼吸作用將電子傳遞給人工媒介體，再以還原態(tài)的人工媒介體作為目標(biāo)探針進(jìn)行檢測，很好地解決了以氧為檢測目標(biāo)帶來的氧氣濃度波動等問題；同時，當(dāng)毒性物質(zhì)存在時，微生物的呼吸作用受到抑制，進(jìn)而阻礙微生物和電子媒介體之間的電子傳遞。據(jù)此，基于微生物的利用人工媒介體為檢測探針的水質(zhì)監(jiān)測方法逐漸獲得發(fā)展，如公開號為WO 023770的歐洲專利公開了一種利用電子媒介法檢測水體生化需氧量和毒性的方法，這種方法將微生物培養(yǎng)后直接加入到待測水樣中，使其對水樣中的有機物進(jìn)行降解，從而獲得水體生化需氧量和毒性的檢測結(jié)果，但是，這種方法采用游離微生物，每次檢測前都需要進(jìn)行微生物的培養(yǎng)、離心、清洗等過程，消耗時間和成本，無法進(jìn)行水質(zhì)的在線監(jiān)測。Pasco等人將鐵氰化鉀引入Micredox系統(tǒng),通過測定不同毒性物質(zhì)對微生物呼吸作用的影響導(dǎo)致鐵氰化鉀的電子傳遞速率變化，證實該系統(tǒng)可用于水體毒性檢測，但其也同樣使用游離微生物，無法實現(xiàn)在線監(jiān)測。Morris等人公開了一種利用包埋式固定微生物進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測的方法，其將微生物包埋于包埋材料中得到固定微生物，然后將該固定微生物用于電子媒介體法檢測生化需氧量和毒性，雖然該方法可實現(xiàn)水質(zhì)的在線監(jiān)測，但是，其采用包埋的方式對微生物進(jìn)行固定，微生物被包埋于包埋材料中，會影響傳質(zhì)和微生物的活性，從而影響微生物對水樣中有機物的降解，最終影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于水質(zhì)在線監(jiān)測的檢測裝置及水質(zhì)在線監(jiān)測方法，本發(fā)明提供的檢測裝置中的微生物具有較高的活性和良好的傳質(zhì)過程，可以實現(xiàn)水質(zhì)的在線監(jiān)測，且檢測結(jié)果較為準(zhǔn)確。 本發(fā)明提供了一種用于水質(zhì)在線監(jiān)測的檢測裝置，包括進(jìn)樣裝置；進(jìn)樣口與所述進(jìn)樣裝置的出樣口相連的微生物固定裝置，所述微生物固定裝置為微生物膜反應(yīng)器，所述微生物膜反應(yīng)器包括容器和設(shè)置于所述容器中的微生物膜；所述微生物膜包括微生物載體和附著于所述微生物載體上的微生物；所述微生物膜反應(yīng)器置于恒溫裝置中；進(jìn)樣口與所述微生物膜反應(yīng)器的出樣口相連的電化學(xué)檢測裝置，所述電化學(xué)檢測裝置包括檢測池；設(shè)置于所述檢測池中的電極系統(tǒng)；與所述電極系統(tǒng)相連的電化學(xué)工作站；和控制所述電化學(xué)工作站的程序控制裝置。優(yōu)選的，所述進(jìn)樣裝置包括緩沖溶液存儲裝置、水樣存儲裝置和微生物培養(yǎng)裝置；分別與所述緩沖溶液存儲裝置、水樣存儲裝置和微生物培養(yǎng)裝置的出口相連的四位三通電磁閥；進(jìn)口與所述四位三通電磁閥相連的螺動泵。優(yōu)選的，所述微生物膜反應(yīng)器中，所述微生物載體具有多孔結(jié)構(gòu)、微孔結(jié)構(gòu)、介孔結(jié)構(gòu)或纖維結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，所述微生物載體為碳纖維、碳纖維氈、石墨烯、石墨烯水凝膠、碳納米管、海藻酸鹽、卡拉膠、萘酚、瓊脂、殼聚糖、多孔陶土、微孔玻璃、聚丙烯酰胺凝膠、聚乙烯醇凝膠、聚氨酯和接枝聚合物中的一種或多種。優(yōu)選的，所述微生物為細(xì)菌、真菌和藻類中的一種或多種。優(yōu)選的，所述電化學(xué)檢測裝置中，所述電極系統(tǒng)為三電極系統(tǒng)，包括工作電極、參比電極和對電極；所述工作電極的材料為鉬、金或碳； 所述參比電極Ag/AgCl電極；所述對電極為鉬絲電極。
優(yōu)選的，所述微生物膜按照以下方法制備將培養(yǎng)后的微生物附著于微生物載體上；或者在微生物載體表面培養(yǎng)微生物。本發(fā)明還提供了一種水體水質(zhì)的在線監(jiān)測方法，包括以下步驟a)將待測水樣和人工媒介體加入到上述技術(shù)方案所述的檢測裝置中進(jìn)行檢測，得到所述待測水樣的電流值；b)根據(jù)所述步驟a)得到的待測水樣的電流值，計算得到所述待測水樣的水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)。優(yōu)選的，所述待測水樣的水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)包括生化需氧量和毒性。

本發(fā)明提供了一種用于水質(zhì)在線監(jiān)測的檢測裝置，包括進(jìn)樣裝置；進(jìn)樣口與所述進(jìn)樣裝置的出樣口相連的微生物固定裝置，所述微生物固定裝置為微生物膜反應(yīng)器，所述微生物膜反應(yīng)器包括容器和設(shè)置于所述容器中的微生物膜；所述微生物膜包括微生物載體和附著于所述微生物載體上的微生物；所述微生物膜反應(yīng)器置于恒溫裝置中；進(jìn)樣口與所述微生物膜反應(yīng)器的出樣口相連的電化學(xué)檢測裝置，所述電化學(xué)檢測裝置包括檢測池；設(shè)置于所述檢測池中的電極系統(tǒng)；與所述電極系統(tǒng)相連的電化學(xué)工作站；和控制所述電化學(xué)工作站的程序控制裝置。在本發(fā)明提供的檢測裝置中，微生物附著于所述微生物載體的表面，不會對微生物產(chǎn)生包埋，從而不會影響微生物的活性，有利于傳質(zhì)過程的進(jìn)行；同時，將微生物附著于微生物載體的表面，不僅無需對載體進(jìn)行表面處理等繁瑣操作，而且微生物在微生物載體表面的附著量較高，能夠較徹底地實現(xiàn)對有機物的降解，得到的檢測結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度。實驗結(jié)果表明，以本發(fā)明提供的檢測裝置在對水樣生化需氧量和毒性進(jìn)行檢測時，得到的結(jié)果更加準(zhǔn)確。另外，本發(fā)明提供的微生物膜反應(yīng)器無需進(jìn)行前期的微生物實驗室培養(yǎng)工作，所吸附的微生物在連續(xù)的分析測試過程中能保持生理活性狀態(tài)，能夠重復(fù)使用，節(jié)約了檢測時間和成本，適合水質(zhì)生化需氧量的在線快速監(jiān)測，具有較強的實用性。


圖I為本發(fā)明實施例提供的檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例I所用的碳纖維氈的光學(xué)顯微鏡照片；圖3為本發(fā)明實施例I制備的微生物膜的光學(xué)顯微鏡照片；圖4為本發(fā)明實施例I得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線；圖5是本發(fā)明實施例3得到的檢測結(jié)果與BOD5法的結(jié)果的比較圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種用于水質(zhì)在線監(jiān)測的檢測裝置，包括進(jìn)樣裝置；進(jìn)樣口與所述進(jìn)樣裝置的出樣口相連的微生物固定裝置，所述微生物固定裝置為微生物膜反應(yīng)器，所述微生物膜反應(yīng)器包括容器和設(shè)置于所述容器中的微生物膜；所述微生物膜包括微生物載體和附著于所述微生物載體上的微生物；所述微生物膜反應(yīng)器置于恒溫裝置中；進(jìn)樣口與所述微生物膜反應(yīng)器的出樣口相連的電化學(xué)檢測裝置，所述電化學(xué)檢測裝置包括檢測池；設(shè)置于所述檢測池中的電極系統(tǒng)；與所述電極系統(tǒng)相連的電化學(xué)工作站；和控制所述電化學(xué)工作站的程序控制裝置。本發(fā)明提供的用于水質(zhì)在線監(jiān)測的檢測裝置包括進(jìn)樣裝置。本發(fā)明對所述進(jìn)樣裝置沒有特殊限制，優(yōu)選包括緩沖溶液存儲裝置、水樣存儲裝置和微生物培養(yǎng)裝置；分別與所述緩沖溶液存儲裝置、水樣存儲裝置和微生物培養(yǎng)裝置的出口相連的四位三通電磁閥；進(jìn)口與所述四位三通電磁閥相連的螺動泵。所述緩沖溶液存儲裝置用于儲存緩沖溶液，所述緩沖溶液能夠為微生物提供適宜 的PH值生存環(huán)境，保證微生物的生理活性；所述水樣存儲裝置用于存儲待測水樣和/或標(biāo)準(zhǔn)水樣；所述微生物培養(yǎng)裝置用于存儲微生物培養(yǎng)液。在本發(fā)明中，所述緩沖溶液存儲裝置、水樣存儲裝置和微生物培養(yǎng)裝置可以由一個裝置實現(xiàn)，也可以根據(jù)實際情況增設(shè)若干存儲裝置，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。所述緩沖溶液存儲裝置、水樣存儲裝置和微生物培養(yǎng)裝置分別通過進(jìn)樣管與四位三通電磁閥相連，緩沖溶液、水樣、微生物培養(yǎng)液等分別通過該四位三通電磁閥進(jìn)入微生物膜反應(yīng)器；所述進(jìn)樣裝置還包括與所述四位三通電磁閥相連的蠕動泵，該蠕動泵的出口與所述微生物膜反應(yīng)器的進(jìn)樣口相連。上述進(jìn)樣裝置能夠減少待測水樣、標(biāo)準(zhǔn)水樣和微生物培養(yǎng)液之間的相互影響，有利于實現(xiàn)水體水質(zhì)的在線監(jiān)測。在本發(fā)明中，所述監(jiān)測裝置包括微生物固定裝置和恒溫裝置，所述微生物固定裝置為微生物膜反應(yīng)器。所述微生物膜反應(yīng)器的進(jìn)樣口與所述進(jìn)樣裝置的出樣口相連；所述微生物膜反應(yīng)器包括容器和設(shè)置于所述容器中的微生物膜；所述微生物膜包括微生物載體和附著在所述微生物載體表面的微生物；所述微生物膜反應(yīng)器置于恒溫裝置中。微生物膜是指包括微生物相和非生命介質(zhì)的穩(wěn)定體系，在本發(fā)明中，所述非生命介質(zhì)即為微生物載體。本發(fā)明提供的微生物膜包括微生物，本發(fā)明對所述微生物的種類沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的微生物的種類即可，在本發(fā)明中，所述微生物可以細(xì)菌、真菌和藻類中的一種或多種；本發(fā)明對所述微生物的來源沒有特殊的限制，可以為市售的菌種，也可以為含有微生物的自然水源。在本發(fā)明中，所述微生物膜包括微生物載體，所述微生物載體可以具有多孔結(jié)構(gòu)、微孔結(jié)構(gòu)、介孔結(jié)構(gòu)或纖維結(jié)構(gòu)，包括但不限于碳纖維、碳纖維氈、石墨烯、石墨烯水凝膠、碳納米管、海藻酸鹽、卡拉膠、萘酚、瓊脂、殼聚糖、多孔陶土、微孔玻璃、聚丙烯酰胺凝膠、聚乙烯醇凝膠、聚氨酯和接枝聚合物中的一種或多種，優(yōu)選為碳纖維或碳纖維氈，更優(yōu)選為碳纖維氈，當(dāng)用于監(jiān)測水體中生化需氧量時，碳纖維氈能夠發(fā)揮比其他載體更好的作用，使得檢測結(jié)果更為準(zhǔn)確。在本發(fā)明中，所述微生物附著在所述微生物載體上，其并未形成包埋，不會對微生物的活性和傳質(zhì)造成影響，使得微生物膜具有較高的微生物活性和良好的傳質(zhì)；同時，將微生物附著于微生物載體的表面，不僅無需對載體進(jìn)行表面處理等繁瑣操作，而且微生物在微生物載體表面的附著量較高，能夠較徹底地實現(xiàn)對有機物的降解，得到的檢測結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度。而且，本發(fā)明將微生物附著于微生物載體上，從而實現(xiàn)了微生物的固定化，使得到的微生物膜能夠重復(fù)使用，將其用于水樣生化需氧量的檢測時，節(jié)約了檢測時間和成本，有利于實現(xiàn)快速監(jiān)測。在本發(fā)明中，所述微生物載體最優(yōu)選為碳纖維氈。所述碳纖維氈具有較好的生物相容性，能夠較好的支持微生物的繁殖和生長，在實現(xiàn)微生物固定前無需對微生物載體進(jìn)行表面處理等繁瑣操作，從而降低了成本，有利于快速監(jiān)測的需要。在本發(fā)明中，所述微生物膜優(yōu)選按照以下方法制備將培養(yǎng)后的微生物附著于微生物載體上；或者在微生物載體表面培養(yǎng)微生物。本發(fā)明可以采用附著法，也可以采用原位培養(yǎng)的方法對微生物進(jìn)行培養(yǎng)，得到包括微生物載體和附著在所述微生物載體表面的微生物的微生物膜。在本發(fā)明中，所述附著法具體包括以下步驟將培養(yǎng)后的微生物附著于微生物載體上；本發(fā)明首先將微生物進(jìn)行微生物培養(yǎng)，本發(fā)明對所述微生物培養(yǎng)的方法沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域人員熟知的微生物培養(yǎng)的技術(shù)方案即可。本發(fā)明可以將微生物加入到培養(yǎng)基中，所述微生物在培養(yǎng)基中繁衍生長，完成微生物的培養(yǎng)。本發(fā)明對所述微生物沒有限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的微生物即可，本發(fā)明對所述微生物的種類沒有特殊的限制，可以為細(xì)菌、真菌或藻類中的一種或多種；本發(fā)明對所述微生物的來源沒有特殊的限制，可以為市售的菌種，也可以為含有微生物的自然水源；本發(fā)明對所述培養(yǎng)基沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的培養(yǎng)基即可。在本發(fā)明中，所述微生物培養(yǎng)的溫度優(yōu)選為200C 55°C，更優(yōu)選為25°C 40°C ;所述微生物培養(yǎng)的時間優(yōu)選為I小時 200小時，更優(yōu)選為5小時 150小時，最優(yōu)選為10小時 100小時。完成微生物的培養(yǎng)后，本發(fā)明將培養(yǎng)后的微生物與微生物載體混合，使所述培養(yǎng)后的微生物附著于所述微生物載體的表面，即可得到微生物膜。本發(fā)明也可以采用原位培養(yǎng)的方法得到微生物膜，具體過程如下在微生物載體表面培養(yǎng)微生物。本發(fā)明直接以微生物載體為介質(zhì)，在其表面進(jìn)行微生物培養(yǎng)，得到微生物膜反應(yīng)器。本發(fā)明優(yōu)選將微生物載體、微生物和培養(yǎng)基混合，所述微生物在培養(yǎng)基提供的營養(yǎng)下，在微生物載體的表面進(jìn)行繁衍和生長，從而得到微生物膜。本發(fā)明對所述微生物沒有限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的微生物即可，本發(fā)明對所述微生物的種類不限，可以為細(xì)菌、真菌和藻類中的一種或多種，本發(fā)明對所述微生物的來源沒有特殊的限制，可以為市售的菌種，如市售大腸桿菌，也可以為含有微生物的自然水源；所述微生物培養(yǎng)的溫度優(yōu)選為200C 55°C，更優(yōu)選為25°C 40°C ;所述微生物培養(yǎng)的時間優(yōu)選為I小時 200小時，更優(yōu)選為2小時 150小時，最優(yōu)選為10小時 100小時。本發(fā)明可以采用市售的菌種進(jìn)行微生物培養(yǎng)，也可以以含有微生物的自然水源作為微生物的菌種將其進(jìn)行微生物培養(yǎng)，得到的微生物膜中的微生物種類較多，能夠?qū)λ畼又卸喾N的有機物進(jìn)行降解；而且，采用含有微生物的自然水源作為微生物的菌種，得到的微生物膜中的微生物對菌種來源的水樣中的微生物具有特異性的降解能力，所得結(jié)果更具有針對性，更準(zhǔn)確，更適合水質(zhì)的在線檢測，增強了微生物膜的實用性。本發(fā)明提供的微生物膜反應(yīng)器還包括容器，所述容器用于容納上述技術(shù)方案所述的微生物膜，本發(fā)明對所述容器沒有特殊的限制，能夠容納所述微生物膜即可。在本發(fā)明中，所述容器可以為試管、離心管或燒杯等，優(yōu)選為帶有進(jìn)樣口和出樣口的容積為2mL的有機玻璃容器。按照上述方案得到微生物膜后，將所述微生物膜置于容器中，即可得到微生物膜反應(yīng)器。對此，本發(fā)明沒有特殊限制。在本發(fā)明提供的檢測裝置中，所述微生物膜反應(yīng)器置于恒溫裝置中。本發(fā)明對所述恒溫裝置沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的恒溫裝置即可。本發(fā)明提供的檢測裝置還包括電化學(xué)檢測裝置，所述電化學(xué)檢測裝置包括檢測池；設(shè)置于所述檢測池中的電極系統(tǒng)；與所述電極系統(tǒng)相連的電化學(xué)工作站；和控制所述電化學(xué)工作站的程序控制裝置。所述電化學(xué)檢測裝置的進(jìn)樣口與所述微生物膜反應(yīng)器的出樣口相連。在本發(fā)明中，所述電化學(xué)檢測裝置通過樣品管與所述微生物膜反應(yīng)器相連。
在本發(fā)明中，所述程序控制裝置優(yōu)選為計算機。在本發(fā)明中，所述程序控制裝置、電化學(xué)工作站、電極系統(tǒng)優(yōu)選依次通過第一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線相連，所述電極系統(tǒng)置于所述檢測池中，對所述檢測池中的反應(yīng)液進(jìn)行檢測。參看圖1，圖I為本發(fā)明實施例提供的檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，I為計算機，2為第一數(shù)據(jù)線，3為電化學(xué)工作站，4為第二數(shù)據(jù)線，5為電極系統(tǒng)，6為檢測池，7為緩沖溶液杯，8為水樣杯，9為微生物培養(yǎng)液杯，10為第一進(jìn)樣管，11為第二進(jìn)樣管，12為第三進(jìn)樣管，13為四位三通電磁閥，14為第一連接管，15為第二連接管，16為螺動泵，17為微生物膜反應(yīng)器，18為恒溫裝置，19為出樣管。其中，計算機I、電化學(xué)工作站3和三電極系統(tǒng)5分別通過第一數(shù)據(jù)線2和第二數(shù)據(jù)線4順次連接；第一進(jìn)樣管10、第二進(jìn)樣管11和第三進(jìn)樣管12分別插入緩沖溶液杯7、水樣杯8和微生物培養(yǎng)液杯9中，四位三通電磁閥13分別連接第一進(jìn)樣管10、第二進(jìn)樣管11和第三進(jìn)樣管12 ;四位三通電磁閥13、第一連接管14、蠕動泵16、第二連接管15、微生物反應(yīng)器17和出樣管19依次連接；微生物反應(yīng)器17放置于恒溫裝置18中。所述檢測裝置的工作過程如下首先將微生物載體加入微生物膜反應(yīng)器17中，調(diào)節(jié)恒溫裝置18的溫度為30°C ；然后向微生物培養(yǎng)液杯9中加入含有微生物的菌種，經(jīng)由第二進(jìn)樣管11由蠕動泵16泵入微生物膜反應(yīng)器17中，在微生物膜反應(yīng)器17中進(jìn)行微生物培養(yǎng)，在所述微生物載體的表面附著大量的微生物，形成固定微生物；在泵入微生物膜反應(yīng)器17的同時，由緩沖溶液杯7經(jīng)第一進(jìn)樣管10向微生物膜反應(yīng)器17中加入pH為7的磷酸鹽緩沖液；向水樣杯9中加入待測水樣、葡萄糖谷氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液和人工媒介體溶液，經(jīng)由第三進(jìn)樣管12、四位三通電磁閥13、第一連接管14、蠕動泵16、第二連接管15向所述微生物膜反應(yīng)器17中加入葡萄糖谷氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液和人工媒介體溶液，恒溫30°C保溫后，得到反應(yīng)液；所述反應(yīng)液經(jīng)由出樣管19進(jìn)入到檢測池中，采用工作電極、參比電極和對電極的三電極系統(tǒng)對所述檢測池中的反應(yīng)液進(jìn)行電化學(xué)檢測，得到反應(yīng)液的電流值。得到該待測水樣反應(yīng)液的電流值后，經(jīng)過計算即可得到待測水樣的水質(zhì)。在本發(fā)明中，水體水質(zhì)可以包括生化需氧量和毒性，具體而言，生化需氧量按照以下方法計算
根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)曲線和所述待測水樣反應(yīng)液的電流值進(jìn)行計算，即可得到待測水樣的生化需氧量，其中，標(biāo)準(zhǔn)曲線以標(biāo)準(zhǔn)溶液反應(yīng)液電流值為縱坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)溶液生化需氧量濃度為橫坐標(biāo)，經(jīng)過線性擬合后得到；得到反應(yīng)液的電流值后，將其代入上述標(biāo)準(zhǔn)曲線，即可得到待測水樣的生化需氧量。毒性按照以下方法計算得到所述待測水樣檢測結(jié)果后，按照相同方法得到空白水樣的檢測結(jié)果，然后根據(jù)式(I)所示公式計算電流抑制率
權(quán)利要求
1.一種用于水質(zhì)在線監(jiān)測的檢測裝置，包括 進(jìn)樣裝置； 進(jìn)樣口與所述進(jìn)樣裝置的出樣口相連的微生物固定裝置，所述微生物固定裝置為微生物膜反應(yīng)器，所述微生物膜反應(yīng)器包括容器和設(shè)置于所述容器中的微生物膜；所述微生物膜包括微生物載體和附著于所述微生物載體上的微生物；所述微生物膜反應(yīng)器置于恒溫裝置中； 進(jìn)樣口與所述微生物膜反應(yīng)器的出樣口相連的電化學(xué)檢測裝置，所述電化學(xué)檢測裝置包括檢測池；設(shè)置于所述檢測池中的電極系統(tǒng)；與所述電極系統(tǒng)相連的電化學(xué)工作站；和控制所述電化學(xué)工作站的程序控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測裝置，其特征在于，所述進(jìn)樣裝置包括 緩沖溶液存儲裝置、水樣存儲裝置和微生物培養(yǎng)裝置； 分別與所述緩沖溶液存儲裝置、水樣存儲裝置和微生物培養(yǎng)裝置的出口相連的四位三通電磁閥； 進(jìn)口與所述四位三通電磁閥相連的蠕動泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測裝置，其特征在于，所述微生物膜反應(yīng)器中，所述微生物載體具有多孔結(jié)構(gòu)、微孔結(jié)構(gòu)、介孔結(jié)構(gòu)或纖維結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測裝置，其特征在于，所述微生物載體為碳纖維、碳纖維氈、石墨烯、石墨烯水凝膠、碳納米管、海藻酸鹽、卡拉膠、萘酚、瓊脂、殼聚糖、多孔陶土、微孔玻璃、聚丙烯酰胺凝膠、聚乙烯醇凝膠、聚氨酯和接枝聚合物中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測裝置，其特征在于，所述微生物為細(xì)菌、真菌和藻類中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測裝置，其特征在于，所述電化學(xué)檢測裝置中，所述電極系統(tǒng)為三電極系統(tǒng)，包括工作電極、參比電極和對電極； 所述工作電極的材料為鉬、金或碳； 所述參比電極Ag/AgCl電極； 所述對電極為鉬絲電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測裝置，其特征在于，所述微生物膜按照以下方法制備 將培養(yǎng)后的微生物附著于微生物載體上；或者在微生物載體表面培養(yǎng)微生物。
8.一種水體水質(zhì)的在線監(jiān)測方法，包括以下步驟 a)將待測水樣和人工媒介體加入到權(quán)利要求廣7任意一項所述的檢測裝置中進(jìn)行檢測，得到所述待測水樣的電流值； b)根據(jù)所述步驟a)得到的待測水樣的電流值，計算得到所述待測水樣的水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述待測水樣的水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)包括生化需氧量和毒性。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于水質(zhì)在線監(jiān)測的檢測裝置，包括進(jìn)樣裝置；進(jìn)樣口與所述進(jìn)樣裝置的出樣口相連的微生物固定裝置，所述微生物固定裝置為微生物膜反應(yīng)器，所述微生物膜反應(yīng)器包括容器和設(shè)置于所述容器中的微生物膜；所述微生物膜包括微生物載體和附著于所述微生物載體上的微生物；所述微生物膜反應(yīng)器置于恒溫裝置中；進(jìn)樣口與所述微生物膜反應(yīng)器的出樣口相連的電化學(xué)檢測裝置，所述電化學(xué)檢測裝置包括檢測池；設(shè)置于所述檢測池中的電極系統(tǒng)；與所述電極系統(tǒng)相連的電化學(xué)工作站；和控制所述電化學(xué)工作站的程序控制裝置。本發(fā)明還提供了一種水質(zhì)在線監(jiān)測方法。以本發(fā)明提供的在線監(jiān)測裝置在對水樣的生化需氧量和毒性進(jìn)行檢測時，結(jié)果較為準(zhǔn)確。
文檔編號G01N27/26GK102796660SQ20121030835
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者董紹俊, 劉玲, 雍達(dá)明, 翟俊峰 申請人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所