專利名稱：一種水質(zhì)毒性檢測用多通道生物傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種用于水質(zhì)毒性檢測用多通道生物傳 感裝置。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)化程度的提高以及人們對化工產(chǎn)品的極大需求，各種化學物質(zhì)數(shù)量猛 增，越來越多的有毒化學物質(zhì)通過生產(chǎn)和使用進入水體，對水環(huán)境造成日益嚴重的污 染。近年來，世界各國對人接觸、使用和排放的各類化學物質(zhì)的生物安全性都予以高 度重視，紛紛出臺相關(guān)規(guī)定要求在2007-2010年實現(xiàn)水質(zhì)毒性控制，我國為了保障水環(huán) 境安全，也將水質(zhì)毒性納入環(huán)境控制標準。廢水毒性的測定主要有化學方法和生物學 方法，傳統(tǒng)的化學分析方法雖然能定量分析廢水中主要污染物的成分及含量，但不能直 接和全面地反映毒性物質(zhì)對環(huán)境的綜合影響，使其在水體污染的風險評價中受到很大限 制。由于生物學毒性分析方法能很好的彌補傳統(tǒng)化學分析方法存在的不足，在環(huán)境監(jiān)測 領(lǐng)域越來越受到人們的重視。迄今為止，人們提出了多種生物毒性測試方法用于水質(zhì)毒性分析，這些方法主 要有水生動植物法和微生物法。水生動植物如魚類、浮游生物、藻類等的毒性試驗盡管 具有直觀性，但是這些方法存在周期長、成本高和操作方法復(fù)雜等局限性，且不能滿足 現(xiàn)場快速檢測的需要。與水生動植物毒性試驗相比較，由于微生物的生物機體小、種群 數(shù)量大、生長繁殖快、保存簡單、對環(huán)境變化的反應(yīng)快，并且同高等動物有著類似的物 理化學特性和酶作用過程等特點，特別適合于生物毒性試驗。近年來，隨著傳感器技術(shù) 的發(fā)展，以微生物為指示生物的生物傳感器毒性分析技術(shù)因其快速、靈敏、便攜和經(jīng)濟 等特點成為環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域新的研究熱點。目前，國內(nèi)外已研究開發(fā)了多種生物傳感器毒性分析技術(shù)，它們多是基于微生 物的發(fā)光、細胞生長、呼吸和酶活性變化等生理指標為指征。其中，基于微生物呼吸 作用和發(fā)光菌發(fā)光特性的生物傳感器得到較多的應(yīng)用，但基于微生物呼吸作用的毒性分 析儀，由于所測的呼吸耗氧速率是非常敏感的變量，容易受周圍環(huán)境和工藝參數(shù)的影 響，造成毒性分析的靈敏度不夠，誤差較大。而基于發(fā)光細菌的毒性分析儀如美國Azur Environmental 公司的Microtox 、Beckman 公司的 LUMIStox 及 Merck 公司的Tox-Alert 等，在應(yīng)用中會因?qū)嶋H水樣的復(fù)雜性受到不同程度的影響，使得分析結(jié)果具有一定的局 限性，這種缺陷主要有為3個方面(1)關(guān)于光強度檢測的缺陷，由于在實際應(yīng)用中，水 體中含有大量的懸浮物，存在濁度甚至有些溶解的物質(zhì)本身存在顏色，這種情況會對光 學探頭的測量帶來很大的干擾，影響檢測結(jié)果；(2)國際標準使用的檢測菌種為海洋發(fā) 光菌，在實際水樣分析中，往往需要對水樣進行鹽度和pH等調(diào)節(jié)，因此，導(dǎo)致毒性分析 結(jié)果與實際水樣的毒性存在一定的偏差；(3)由于實際水樣中的毒性物質(zhì)種類復(fù)雜，現(xiàn) 有單一發(fā)光菌毒性檢測難以真正做到廣譜地適應(yīng)于所有毒性物質(zhì)，所以可能在應(yīng)用中出 現(xiàn)假陰性，分析結(jié)果往往難以反映污染物毒性的真實情況。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種水質(zhì)毒性檢測多通道生物傳感裝置，該裝置針 對當前水質(zhì)毒性分析儀器存在的不足，提供了一種污染物檢測范圍寬、操作簡單、不受 樣品色度和濁度干擾、毒性檢測結(jié)果更客觀真實多通道的生物傳感裝置。本實用新型提出的水質(zhì)毒性檢測多通道生物傳感裝置，由1-10組毒性檢測通道 和控制與檢測系統(tǒng)7組成，毒性檢測通道由毒性測試單元構(gòu)成，每組毒性測試單元均由 電極插座板1、微生物電極2、測試槽3、磁力攪拌器4和磁子6組成，測試槽3的下面配 置有一一對應(yīng)的磁力攪拌器4，且測試槽3和電極插座板1通過轉(zhuǎn)動5軸連接。本實用新型中，所述毒性檢測通道包含2-10組毒性測試單元。本實用新型中，所述電極插座板1由加藥孔1-1、光電感應(yīng)開關(guān)1-2和電極插槽
1-3三個部件組成，其中光電感應(yīng)開關(guān)1-2設(shè)置在加藥孔1-1的兩側(cè)。本實用新型中，所述微生物電極2采用絲網(wǎng)印刷制備，由絕緣層2-1、墨炭層
2-2、電極基片2-3、Ag/AgCl層2_4和微生物固定點2_5組成。本實用新型中，所述測試槽3是在高密度聚乙烯工程塑料板上打磨制成，槽直 徑 2-3cm，深 3-5cm。本實用新型的工作原理是通過氧化還原介質(zhì)的傳遞作用，將固定于工作電極上 的微生物的呼吸作用產(chǎn)生的電子傳遞到電極表面，從而形成生物電流信號被系統(tǒng)以檢測 出來。當毒性污染物存在時，微生物細胞呼吸作用因受到毒性的抑制作用，表現(xiàn)出電流 信號的變化，從而根據(jù)待測污染物對生物電流信號的影響程度來判斷毒性的強弱。與基于發(fā)光細菌的毒性檢測儀和呼吸儀等相比，本實用新型的有益效果在于可 通過選擇固定不同的毒性敏感菌株(或混合菌)，對污染物(污染源)的毒性做出評價， 具有毒性檢測污染物范圍寬、操作簡單、不受樣品色度和濁度干擾、毒性檢測結(jié)果更具 客觀真實性等優(yōu)勢，可很好適用于常規(guī)急性毒性分析和應(yīng)急性環(huán)境監(jiān)測。

圖1是本實用新型水質(zhì)毒性檢測多通道生物傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型水質(zhì)毒性檢測多通道生物傳感裝置的某一通道電極插座板結(jié) 構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型水質(zhì)毒性檢測多通道生物傳感裝置的電極示意圖；圖4是實施例1檢測電流信號曲線。圖5是實施例1毒性數(shù)值EC50曲線擬合計算圖。圖中標號1為電極插座板，1-1為加藥孔，1-2為光電感應(yīng)開關(guān)，1-3為電極 插槽，2為微生物電極，2-1為絕緣層，2-2為墨炭層，2-3為電極基片，2-4為Ag/AgCl 層，2-5為微生物固定點，3為測試槽，4為磁力攪拌器，5為轉(zhuǎn)動軸，6為磁子，7為控 制與檢測系統(tǒng)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。[0020]實施例1 如圖1-圖3所示，本實用新型的水質(zhì)毒性檢測多通道生物傳感裝置由1-10組毒 性檢測通道和控制與檢測系統(tǒng)7組成，本實施例由2組毒性檢測通道組成，毒性檢測通道 由毒性測試單元構(gòu)成，毒性測試單元由電極插座板1、微生物電極2、測試槽3、磁力攪 拌器4和磁子6組成，其中每個測試槽3的下面配置有一一對應(yīng)的磁力攪拌器4，通過帶 動反應(yīng)池中的磁子6，實現(xiàn)對待測水樣的均勻攪拌，測試槽3和電極插座板1通過轉(zhuǎn)動軸 連接，實現(xiàn)電極插座板裝置的打開和關(guān)閉，控制與檢測系統(tǒng)定時對毒性測試單元的微生 物電流進行檢測分析。本實施例中毒性檢測通道包含8組毒性測試單元。所述電極插座板1由加藥孔1-1、光電感應(yīng)開關(guān)1-2和電極插槽1-3三個部件組 成，其中光電感應(yīng)開關(guān)1-2設(shè)置在加藥孔1-1的兩側(cè)，微生物電極一端插入電極插孔中， 在工作電極和參比電極之間施加固定電壓為550mv，電極的微生物端插入反應(yīng)池的待測 水樣中，加藥孔用于投加藥劑，光電感應(yīng)開關(guān)位于加藥孔兩側(cè)。分析時，采用不透光槍 頭插入加藥孔1-1進行加藥的同時，引起光電感應(yīng)開關(guān)1-2的開/關(guān)，從而記錄下加藥的 時間節(jié)點。所述微生物電極2采用絲網(wǎng)印刷制備，由絕緣層2-1、墨炭層2-2、電極基片
2-3、Ag/AgCl層2-4和微生物固定點2-5組成，微生物固定點2_5部分用于固定指示微 生物，Ag/AgCl層2-4用作參比電極。所述測試槽3是在高密度聚乙烯工程塑料板上打磨制成，槽直徑2-3cm，深
3-5cm,可以根據(jù)需要成組布置，測試槽中放置配套的玻璃燒杯作為待測水樣的反應(yīng)池， 里面放置1-3個磁子。所述的控制與檢測系統(tǒng)7提供微生物電極550mV額定分壓，并驅(qū)動磁力攪拌 器，接收微生物電極的檢測電流信號，處理后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳輸給上位機，完成監(jiān) 測。下面說明本實施例的使用和工作過程在8個反應(yīng)池中分別加入IOml底液(由 葡萄糖、丁二酸鈉、氯化鈉和乳酸鈉按一定配比配置)，蓋上電極插座板，讓固定有毒性 指示微生物的電極浸入底液中復(fù)活15min;啟動儀器開關(guān)，任選兩個反應(yīng)池為空白，在 電磁攪拌器均勻攪拌下電流穩(wěn)定5-lOmin后，通過加藥孔在8個反應(yīng)池中分別加入一定濃 度電子傳遞介質(zhì)(a第一次加藥點)，待電信號穩(wěn)定10-15min，在其它6個測試反應(yīng)池中 分別加入不同濃度梯度的待測樣品(b第二加藥點)，在每次加藥時，加藥槍頭隔斷光電 感應(yīng)開關(guān)，使得信號檢測系統(tǒng)自動記錄加藥點時間，檢測電流信號如圖4所示。毒性數(shù) 值EC5tl等根據(jù)圖5所示曲線擬合計算。
權(quán)利要求1.一種水質(zhì)毒性檢測多通道生物傳感裝置，由1-10組毒性檢測通道和控制與檢測系 統(tǒng)(7)組成，其特征在于毒性檢測通道由毒性測試單元構(gòu)成，每組毒性測試單元均由電 極插座板(1)、微生物電極(2)、測試槽(3)、磁力攪拌器(4)和磁子(6)組成，測試槽 (3)的下面配置有一一對應(yīng)的磁力攪拌器(4)，且測試槽(3)和電極插座板(1)通過轉(zhuǎn)動 軸(5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水質(zhì)毒性檢測多通道生物傳感裝置，其特征在于所述每 組毒性檢測通道包含2-10組毒性測試單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水質(zhì)毒性檢測多通道生物傳感裝置，其特征在于所述電 極插座板(1)由加藥孔(1-1)、光電感應(yīng)開關(guān)(1-2)和電極插槽(1-3)三個部件組成，其 中光電感應(yīng)開關(guān)(1-2)設(shè)置在加藥孔(1-1)的兩側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水質(zhì)毒性檢測多通道生物傳感裝置，其特征在于所述微 生物電極(2)采用絲網(wǎng)印刷制備，由絕緣層(2-1)、墨炭層(2-2)、電極基片(2-3)、Ag/ AgCl層(2-4)和微生物固定點(2-5)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水質(zhì)毒性檢測多通道生物傳感裝置，其特征在于所述測 試槽⑶是在高密度聚乙烯工程塑料板上打磨制成，槽直徑2-3cm，深3-5cm。
專利摘要本實用新型涉及一種水質(zhì)毒性檢測多通道生物傳感裝置，由1-10組毒性檢測通道和控制與檢測系統(tǒng)組成，毒性檢測通道由毒性測試單元構(gòu)成，毒性測試單元由電極插座板、微生物電極、測試槽、磁力攪拌器和磁子組成，其中每個測試槽的下面配置有一一對應(yīng)的磁力攪拌器，且測試槽和電極插座板通過轉(zhuǎn)動軸連接。本實用新型可通過選擇固定不同的毒性敏感菌株或混合菌，對污染物或污染源的毒性做出評價，具有毒性檢測污染物范圍寬、操作簡單、不受樣品色度和濁度干擾、毒性檢測結(jié)果更具客觀真實性等優(yōu)勢，可很好適用于常規(guī)急性毒性分析和應(yīng)急性環(huán)境監(jiān)測。
文檔編號G01N27/327GK201796012SQ20102052279
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者丁鈺力, 劉免, 夏四清, 尹大強, 李建華, 王學江, 王晨謙 申請人:同濟大學