本發(fā)明涉及船舶壓載水檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體說是涉及一種壓載水中浮游生物在線檢測裝置及方法。

背景技術(shù)：

船舶壓載水是外來海洋生物入侵的主要途徑之一，外來有害海洋生物入侵傳播,對生態(tài)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及人類健康等都造成了嚴重的影響。在《船舶壓載水及沉積物控制和管理國際公約》中規(guī)定了船舶排放時的壓載水性能應滿足的標準，其中著重檢測的一項即為壓載水中不同尺寸存活生物的濃度。而浮游生物數(shù)量和種類(船舶壓載水中最普遍存在的一種生物)，也是目前船舶壓載水處理和檢測的主要指標。大量研究證實，船舶壓載水是外來生物入侵的主要途徑和載體，全世界每年交換壓載水約120億噸，而存活于未經(jīng)處理壓載水中的生物多達7000種，ices的數(shù)據(jù)表明94％的潛在有害海洋生物是通過船舶壓載水傳播。

為防止壓載水中外來生物的入侵，國際海事組織(imo)于2004年制定了《國際船舶壓載水及其沉積物控制與管理公約》，該公約將于2017年9月8日正式生效。隨著該公約即將生效，我國作為最大的壓載水輸出國和輸入國，必須開展相關(guān)研究工作。然而目前我國對海洋外來生物，特別是船舶壓載水引入的災害監(jiān)測方面缺乏深入研究，無法滿足我國政府部門對壓載水外來生物防控的要求。

隨著壓載水公約的生效，相關(guān)人員需要時刻了解壓載艙內(nèi)壓載水中微生物的情況，進而采取有效措施，防止因船舶壓載水指標不合格，影響船舶正常工作。目前針對船舶壓載水中外來生物并沒有系統(tǒng)的監(jiān)測方案及裝置，獲取壓載水中浮游生物的含量濃度比較困難，難以實現(xiàn)浮游生物的實施監(jiān)測，船舶靠岸時對壓載水的排放不達標，造成經(jīng)濟損失的情況時有發(fā)生。因此，船舶壓載水的在線監(jiān)測問題亟待解決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于已有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是要提供一種可以時刻對任意流量的壓載水進行浮游生物在線檢測的裝置。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種壓載水中浮游生物在線檢測裝置，其特征在于，裝置包括：過濾模塊、前處理模塊、檢測模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊、顯示模塊和控制模塊；其中：

所述過濾模塊包括與壓載艙相連的進水導管，所述進水導管內(nèi)設(shè)有控制管路通斷的微閥，經(jīng)過濾模塊處理后的部分壓載水樣品被送入前處理模塊；

所述前處理模塊對過濾后的壓載水樣品進行預處理，并將預處理后的壓載水樣品送所述檢測模塊；所述預處理至少包括分離、提純以及染色；

所述檢測模塊分別對預處理后的壓載水樣品進行熒光檢測和阻抗脈沖電壓檢測后，得到的阻抗脈沖信號和熒光信號被所述數(shù)據(jù)采集處理模塊收集、分析；

所述數(shù)據(jù)采集處理模塊將分析結(jié)果送至顯示模塊；

所述控制模塊分別與所述過濾模塊、檢測模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊和顯示模塊連接，用以控制裝置各模塊動作，并且控制模塊還設(shè)有與其他設(shè)備連接的接口，用于傳輸數(shù)據(jù)。

進一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述過濾模塊還包括設(shè)置于入水口的第一濾膜和設(shè)置于出水口的第二濾膜；所述出水口通過導管連接于壓載艙，用以送回多余的壓載水。

進一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述檢測模塊包括設(shè)置于樣品平臺上的微流控芯片、熒光檢測模塊以及阻抗脈沖檢測模塊；所述熒光檢測模塊包括光激發(fā)組件和光檢測組件；所述阻抗脈沖檢測模塊包括阻抗脈沖電極和阻抗脈沖檢測組件。

進一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述微流控芯片上依次凹刻有與過濾模塊相連的進樣通道、檢測通道以及與壓載艙相連的出樣通道，所述檢測通道兩側(cè)，設(shè)有容納阻抗脈沖電極的凹槽。

進一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述熒光檢測模塊包括用以照射微流控芯片檢測區(qū)域的光激發(fā)組件以及檢測微生物熒光信號的光檢測組件。

本發(fā)明另一目的是要提供一種基于上述裝置的壓載水中浮游生物在線檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)裝置安裝，按照要求將裝置各部分依次組合連接并通過進水導管和出水導管實現(xiàn)與壓載艙連通，實現(xiàn)壓載水由進水導管流入過濾模塊，以及多余的壓載水由出水導管流回壓載艙；

2)開啟裝置，通過控制模塊調(diào)節(jié)進水導管中微閥的開闔進一步調(diào)節(jié)裝置壓載水進水流量，實現(xiàn)壓載水由進水導管流入過濾模塊，以及多余的壓載水由出水導管流回壓載艙，通過過濾模塊的壓載水樣品經(jīng)過前處理模塊的分離、提純以及染色操作；同時開啟裝置各模塊，進入工作狀態(tài)；

3)壓載水檢測，部分經(jīng)過濾模塊和前處理模塊處理的壓載水樣本流入樣品平臺，光激發(fā)組件照射微流控芯片檢測區(qū)域，光檢測組件采集被照射的浮游生物產(chǎn)生熒光，并將熒光信號發(fā)送給數(shù)據(jù)采集處理模塊；同時，當浮游生物經(jīng)過檢測區(qū)域時，阻抗脈沖電極間產(chǎn)生脈沖電壓信號，阻抗脈沖檢測組件采集脈沖電壓信號，并發(fā)送給數(shù)據(jù)采集控制模塊；

4)數(shù)據(jù)處理與結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)采集控制模塊對接收到的熒光信號和阻抗脈沖電壓信號進行處理，處理結(jié)果送至顯示模塊顯示，其顯示內(nèi)容至少包括所檢測樣品的檢測量，檢測濃度以及檢測樣品含量是否超標。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

1、發(fā)明可以直接安裝在壓載艙上，相關(guān)工作人員可以實時檢測壓載水中的浮游生物濃度，若測得的濃度不符合標準，裝置則會發(fā)生警報。進而工作人員對壓載艙中的壓載水情況有直觀了解，滿足實時監(jiān)測的需求。

2、本發(fā)明利用微處理器自動控制微閥，使樣品按照任意設(shè)定的流量經(jīng)過檢測區(qū)域，壓載水流量視微閥開啟時間而定，從而實現(xiàn)定量檢測。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明過濾模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明樣品平臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明微流控芯片結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標號說明：

1、壓載艙；2、微閥；3、過濾模塊；4、樣品平臺；5、數(shù)據(jù)采集處理模塊；6、顯示模塊；7、控制模塊1；8、導管；9、接口；10、壓載水管理系統(tǒng)；11、前處理模塊；12、10μm濾膜；13、50μm濾膜；14、阻抗脈沖檢測模塊；15、熒光檢測模塊；16、光激發(fā)組件；17、光檢測組件；18、微流控芯片；19、阻抗脈沖電極；20、樣品檢測通道；21檢測區(qū)域；22、樣品通道。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

下面結(jié)合附圖以及具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種壓載水中浮游生物在線檢測裝置，其特征在于，裝置包括：過濾模塊3、前處理模塊11、檢測模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊5、顯示模塊6和控制模塊7；其中：

所述過濾模塊3包括與壓載艙1相連的進水導管，所述進水導管內(nèi)設(shè)有控制管路通斷的微閥2，經(jīng)過濾模塊3處理后的部分壓載水樣品被送入前處理模塊11，在前處理模塊11將過濾后的壓載水樣品進行分離、提純、染色等操作，再將經(jīng)前處理后的壓載水樣品送入到樣品平臺4中。

壓載水樣品在所述檢測模塊分別進行熒光檢測和阻抗脈沖電壓檢測后，得到的阻抗脈沖信號和熒光信號被所述信號采集處理模塊收集、分析，并將分析結(jié)果送至顯示模塊6；

所述控制模塊7分別與所述過濾模塊3、檢測模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊5和顯示模塊6相連，用以控制裝置各模塊動作，如微閥2控制壓載水通量大小，檢測裝置的開關(guān)等、用于上傳到其他設(shè)備的接口等。

本實施例以壓載水中尺寸在10～50μm范圍內(nèi)的浮游生物在線監(jiān)測為例。裝置包括微閥2、過濾模塊3、前處理模塊11、樣品平臺4、控制模塊7、數(shù)據(jù)采集處理模塊5和顯示模塊6組成。微閥2置于導管8中并與過濾模塊3連接，過濾模塊3和樣品平臺4通過導管8分別與壓載艙1兩端相連接，且過濾模塊3和樣品平臺4相連接，數(shù)據(jù)采集處理模塊5和樣品平臺4相連接，控制模塊7用來控制其他模塊的工作。所述微閥2用于控制將固定流量的壓載水流入到裝置中。

進一步地，作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述過濾模塊3還包括設(shè)置于入水口的第一濾膜和設(shè)置于出水口的第二濾膜；所述出水口通過導管連接于壓載艙，用以送回多余的壓載水。

本發(fā)明中過濾模塊3主要由濾膜組成，濾膜包括50μm濾膜(第一濾膜)13和10μm濾膜(第二濾膜)12兩種，其作用是使船舶壓載水中10～50μm的浮游生物通過過濾模塊。

進一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述檢測模塊包括設(shè)置于樣品平臺上的微流控芯片18、熒光檢測模塊15以及阻抗脈沖檢測模塊14；所述熒光檢測模塊15包括光激發(fā)組件16和光檢測組件17；所述阻抗脈沖檢測模塊14包括阻抗脈沖電極19和阻抗脈沖檢測組件。

本發(fā)明中樣品平臺4主要由微流控芯片18、熒光檢測模塊15、阻抗脈沖檢測模塊14組成，熒光檢測模塊、阻抗脈沖檢測模塊用于檢測微流控芯片內(nèi)流經(jīng)檢測區(qū)域21的樣品。微流控芯片材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)或玻璃，所述微流控芯片內(nèi)部設(shè)有檢測通道22，檢測通道22設(shè)有檢測區(qū)域21，熒光檢測模塊15包含光激發(fā)組件16和光檢測組件17，光激發(fā)組件16通過激發(fā)光照射在檢測區(qū)域21上，檢測區(qū)域21處浮游生物通過激發(fā)光照射產(chǎn)生熒光信號并被光檢測組件17接收，阻抗脈沖檢測模塊14與阻抗脈沖電極19相連，阻抗脈沖電極19與檢測通道22兩側(cè)相連，用于檢測浮游生物通過檢測通道22時電壓信號的變化。

進一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述微流控芯片18上依次凹刻有與過濾模塊3相連的進樣通道、檢測通道22以及與壓載艙相連的出樣通道，所述檢測通道22兩側(cè)，設(shè)有容納阻抗脈沖電極19的凹槽。

進一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述熒光檢測模塊15包括用以照射微流控芯片檢測區(qū)域的光激發(fā)組件16以及檢測微生物熒光信號的光檢測組件17。

本發(fā)明提供一種能夠在船舶上實時監(jiān)測壓載水濃度的裝置，使工作人員能夠隨時檢測壓載水濃度是否達標以便于進行后續(xù)處理。裝置通過微閥控制壓載水的流量，利用濾膜保留10～50μm的浮游生物，隨后通過阻抗脈沖檢測法和熒光檢測方法測得浮游生物的濃度，存儲數(shù)據(jù)并將所測得的結(jié)果顯示在顯示模塊中，存儲的數(shù)據(jù)可通過接口向壓載水管理系統(tǒng)(bwms)傳輸數(shù)據(jù)，本裝置可以通過控制模塊控制微閥對壓載水進行循環(huán)定量檢測，也可以將bwms的反饋結(jié)果反饋給裝置，使得裝置可以隨時對任意流量的壓載水進行檢測。

本發(fā)明還提供一種基于上述裝置的壓載水中浮游生物在線檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)裝置安裝，按照要求將裝置各部分依次組合連接并通過進水導管和出水導管實現(xiàn)與壓載艙連通，實現(xiàn)壓載水由進水導管流入過濾模塊，以及多余的壓載水由出水導管流回壓載艙；

2)開啟裝置，通過控制模塊調(diào)節(jié)進水導管中的微閥的開闔進一步調(diào)節(jié)裝置壓載水進水流量，實現(xiàn)壓載水由進水導管流入過濾模塊，以及多余的壓載水由出水導管流回壓載艙；同時開啟裝置各模塊，進入工作狀態(tài)。

具體的，當工作人員需要檢測壓載艙內(nèi)壓載水中的浮游生物時，可通過控制模塊將微閥打開，控制壓載水定量進入到檢測裝置中，隨后流經(jīng)過濾模塊，過濾模塊前端有一個50μm的濾膜，可將大于50μm的浮游生物阻擋在濾膜外，過濾模塊的底部有含有10μm的濾膜，通過施加電場使得樣品靠底部流動，小于10μm的浮游生物從底部濾膜流出并送回到壓載艙中。這樣經(jīng)過過濾模塊的只有10～50μm的浮游生物。隨后，樣品經(jīng)過前處理模塊進行分離、提純、染色等操作，再將經(jīng)前處理后的壓載水樣品送入到樣品平臺中。

3)壓載水檢測，部分經(jīng)過濾模塊處理的壓載水樣本流入樣品平臺，光激發(fā)組件照射微流控芯片檢測區(qū)域，光檢測組件采集被照射的浮游生物產(chǎn)生熒光，并將熒光信號發(fā)送給數(shù)據(jù)采集處理模塊；同時，當浮游生物經(jīng)過檢測區(qū)域時，阻抗脈沖電極間產(chǎn)生脈沖電壓信號，阻抗脈沖檢測組件采集脈沖電壓信號，并發(fā)送給數(shù)據(jù)采集控制模塊。

具體的，樣品經(jīng)過樣品平臺的檢測通道中，通過阻抗脈沖檢測模塊和熒光檢測模塊檢測，熒光檢測模塊中的光激發(fā)組件照射到微流控芯片中的檢測區(qū)域，使得該區(qū)域內(nèi)壓載水中的10～50μm浮游生物吸收激發(fā)光而產(chǎn)生熒光，該熒光被光檢測組件檢測到,從而得到熒光信號，再將所得到的熒光信號發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊。同時，當有浮游生物流經(jīng)檢測通道時，檢測通道兩端的電極檢測到電壓信號并向數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)送一個脈沖信號即阻抗脈沖信號。數(shù)據(jù)處理模塊將所得到兩種的信號進行處理，將處理好的數(shù)據(jù)在顯示模塊中顯示并通過之前微閥控制的固定流量和檢測到的浮游生物個數(shù)計算出10～50μm浮游生物的濃度，以便于工作人員可以直觀地看到樣品信號及樣品濃度等參數(shù)。

4)數(shù)據(jù)處理與結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)采集控制模塊對接收到的熒光信號和阻抗脈沖電壓信號進行處理，處理結(jié)果送至顯示模塊顯示，其顯示內(nèi)容包括所檢測樣品的檢測量，檢測濃度以及檢測樣品含量是否超標等，通過控制模塊控制微閥時間長短可對壓載水樣品流量進行計算，在已知樣品流量的情況下，利用所測阻抗脈沖信號和熒光信號的個數(shù)即可計算出樣品中所有微藻濃度以及具有活性的微藻濃度。若測得的濃度超標，則系統(tǒng)提示警報以便工作人員進行下一步處理。

具體的，所測得的信號可以進行存儲，并將存儲的數(shù)據(jù)通過接口上傳到壓載水管理系統(tǒng)中，以便對其進行進一步研究。隨后，裝置的控制模塊可根據(jù)工作人員使用情況或bwms反饋回的數(shù)據(jù)再次控制微閥工作，使得裝置可以隨時對任意流量的壓載水進行檢測。

本發(fā)明通過直接設(shè)置于壓載艙上的檢測裝置，可以根據(jù)使用需求實時檢測壓載水中的浮游生物的濃度，以便相關(guān)人員對壓載艙中的壓載水情況有一個直觀的了解，滿足實時監(jiān)測的需求。本裝置利用微處理器自動控制微閥，使樣品按照任意設(shè)定的流量經(jīng)過檢測區(qū)域，壓載水流量視微閥開啟時間而定，從而實現(xiàn)定量檢測。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。