專利名稱：用于檢測水或水溶液中的污染物的檢測器的制作方法
用于檢測水或水溶液中的污染物的檢測器
背景技術：
天然水可能被包含有毒最終產(chǎn)物的エ業(yè)廢料污染。此外，用于保護農(nóng)作物的農(nóng)藥也可能被沖洗到水源中并污染水源。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些有毒的化學物質(zhì)會對健康產(chǎn)生危害并且會損壞/破壞各種生態(tài)系統(tǒng)。水源中可發(fā)現(xiàn)的一類細菌包括大腸菌。實際上，大腸菌是食物和水的衛(wèi)生質(zhì)量的常用細菌指標。大腸菌的存在可以用于指示可能存在其它排泄物來源的病原生物體。這是因為，來自恒溫動物或人類的排泄物經(jīng)常導致水被大腸菌和其它病原生物體所污染。大腸菌包括大腸桿菌、沙門氏菌、克雷伯氏菌和歐文氏菌。這些病原生物體可以引起腸道感染、痢疾、肝炎、傷寒發(fā)燒、霍亂等。此外，大腸菌和其它化學污染物可能對被污染的池塘/湖泊的棲息者產(chǎn)生毒性作用，限制它們的生長和繁殖。



附圖中示出本發(fā)明的特征，在附圖中，相同的附圖標記指代相同的部件。圖I是根據(jù)實施例的設備的示意圖。圖2是根據(jù)實施例的樣本保持器的示意圖。圖3是根據(jù)實施例的濁度測量的示意圖。圖4是根據(jù)實施例的閥門系統(tǒng)的示意圖。圖5是根據(jù)實施例的LED電路的示意圖。圖6是根據(jù)實施例的系統(tǒng)的示意圖。圖7是根據(jù)實施例的方法的流程圖。
具體實施例方式對于池塘中的水的毒素水平的監(jiān)測通常是費カ且高成本的。實施例包括可以遠程控制的、用于監(jiān)測水污染的低成本的自動光學或電子設備。在一個實施例中，可以遠程地接通該設備并對其進行數(shù)據(jù)采集。在某些實施例中，可以獲得諸如池塘或湖等水體的寬范圍的污染概覽圖。該概覽圖可以包括濁度測量、細菌數(shù)量測量以及溶解的有機和無機化學物質(zhì)的測量。實施例包括用于對池塘水/湖水進行分析的光學設備和方法。在一個實施例中，該設備使得能夠?qū)Τ靥了?湖水的通常已知的污染物的寬光譜進行測量。可以測量的污染物包括溶解物、有毒的有機化合物、重金屬離子和如氰化物的有毒離子。儀器的實施例包括使用簡單的射流系統(tǒng)以及使用用于添加試劑的空氣壓カ控制閥系統(tǒng)。在一個實施例中，該設備使得能夠同時檢測幾種污染物并且減少人力。在一個實施例中，該設備可以包括發(fā)光ニ極管、ニ極管檢測器、簡單的射流系統(tǒng)和閥系統(tǒng)。一個實施例涉及包括多個用于檢測樣本中的污染物的級的設備，其中多個級用于基本上同時檢測多種污染物。一方面，多個級中的一個用于測量樣本的濁度。另ー方面，多個級中的至少ー個用于測量樣本中是否存在生物有機體。另ー方面，多個級中的至少ー個用于測量樣本中是否存在重金屬離子。另ー方面，多個級中的至少ー個用于測量樣本中是否存在有機化合物。在另一方面，化合物選自由以下物質(zhì)構成的組多氯化聯(lián)ニ苯、ニ氧(雜)芑、呋喃、艾氏劑、狄氏劑、ニ氯ニ苯三氯こ烷(DDT)、異狄氏劑、氯丹、六氯代苯、滅蟻靈、毒殺芬和七氯。在另一方面，該設備包括用于檢測多種不同有機化合物的多個級。在另一方面，樣本是水溶液。在另一方面，該設備還包括至少ー個過濾單元。在另一方面，級包括樣本保持器、光源和光檢測器。在另一方面，光源包括發(fā)光二極管(LED)。在另一方面，光檢測器包括ニ極管。在另一方面，該設備被配置成被遠程操作。ー個實施例涉及ー種方法，該方法包括獲取樣本，以及分析該樣本中是否存在生物有機體、重金屬離子或有機化合物，其中，在具有多個不同傳感器的設備中進行該分析，所述多個傳感器用于基本上同時地檢測是否存在生物有機體、重金屬離子和/或有機化合物。在ー個方面，該方法還包括測量樣本的濁度。在另一方面，該方法還包括向樣本添加細 胞溶解試劑。在另一方面，該方法還包括向樣本添加量子點。在另一方面，該方法還包括向樣本添加著色劑。在另一方面，該方法還包括對樣本進行混合。在另一方面，該方法還包括對樣本進行過濾。在另一方面，該設備被配置成被遠程操作。圖I示出根據(jù)實施例的設備100的示意圖。該實施例的設備100包括連接一系列級的導管/管101。如所示出的，該實施例包括四個測量級濁度級108、生物測量級110、有機分子級112和離子測量級114。其它實施例可以包括更多或更少的級。導管/管101的一端是可以附接至可選軟管104的入口 102?？蛇x軟管104可以延伸到池塘或湖泊(或任何其它待測水源)中。導管/管101的另一端是泵106。泵106可以是適于將水從水源抽取到入口 102中的注射泵或任何其它種類的泵。在某些實施例中，可以通過過濾單元116a、116b和116c隔開這些級。在圖I所示的實施例中，分別通過過濾單元116a、116b和116c隔開濁度級108、生物測量級110、有機分子級112和離子測量級114。但是，其它實施例可以包括更多或更少的過濾單元。即，級之間可以存在不止ー個過濾単元，或者級之間可以不具有過濾單元。在ー個方面，過濾單元116a、116b和116c包括多次使用的過濾器。多次使用的過濾器可以被多次使用，使得在每組實驗之前不必更換過濾器。在另一方面，過濾單元116a、116b和116c包括單次使用的、一次性的過濾器。過濾材料的選擇不重要。即，可以使用具有指定孔尺寸的任何過濾介質(zhì)。此外，通常按照使得通過過濾単元116a、116b和116c的污染物的尺寸為降序的方式設置過濾單元116a、116b和116c。即，以如下方式配置過濾單元116a、116b和116c，使得能夠限制具有較大直徑的顆粒通過而允許具有較小直徑的顆粒通過。過濾單元116a例如可以包括孔隙尺寸為大約2微米或更大的過濾器。例如，該過濾器可以是孔隙率為2. 7微米的玻璃微纖維等級D過濾器。如果懸浮顆粒的尺寸小于2微米，則可以使用I. 5微米的玻璃微纖維等級934-AH過濾器。過濾單元116b可以包括孔隙尺寸小于I微米的過濾器。該過濾器例如可以是包括混合纖維素的注射過濾器(微孔WMCF134501，孔隙尺寸O. 45微米)。過濾単元116c可以包括孔隙尺寸在O. I微米至O. 3微米之間的過濾器。該過濾器例如可以是包括PTFE (聚四氟こ烯@)的注射過濾器(微孔1 了？134501，孔隙尺寸0.22微米)?？梢詮睦缑芾聿┕精@得適合的過濾器。圖2示出根據(jù)實施例的樣本保持器118 (例如試管)。樣本保持器118可以具有已知尺寸和已知容積。在示例實施例中，使用了光學測量技木。在這種情況下，樣本保持器118對于用于測量的光可以是至少部分透光的。圖3示出用于測量濁度的光學測量技術的示例。采用水樣本，并且來自光源126 (例如LED)的光被示出為穿過樣本。利用光檢測器128檢測所發(fā)射的光，并且，所發(fā)射光被轉(zhuǎn)換成電壓信號。該電壓信號被監(jiān)測為時間的函數(shù)。隨著顆粒物質(zhì)在水中沉淀，更多的光透過樣本，導致電壓增加。因此，如下面更加詳細地討論的，可以確定池度。在透光的(部分透光的)樣本保持器118的情況下,光源126和光檢測器128可以位于樣本保持器118的外部。由于檢測器128和光源126在樣本保持器118的外部，因此不與實驗樣本接觸，從而它們通常不會被弄臟。光源126可以是任何類型，例如白熾燈、發(fā)光二極管(LED)、激光器或任何其它適合的光源。光檢測器可以包括但不限于ニ極管檢測器。可以從如Maxion Technologies公司等公司獲得適合的光源。可以從如Arcoptix S. A.和Future Electronic,公司等公司獲得適合的光檢測器?？蛇x地，樣本保持器118中可以包括攪拌器122，其用于使樣本均勻。攪拌器122也可以用于攪拌如下詳細討論的、添加到樣本中的試劑。樣本保持器118也可以包括下部 閘門124?？梢栽跍y量完成之后打開下部閘門124，以清空樣本保持器118和/或允許進入樣本保持器118的內(nèi)部以便于清洗。下部閘門124也可以包括攪拌器122，攪拌器122包括連接至轉(zhuǎn)子的可旋轉(zhuǎn)桿。攪拌器122可以用于得到均質(zhì)溶液?？商孢x地，可以使用磁性攪拌器。參照圖4，樣本保持器118包括清空樣本保持器118時打開的浮子閥I。當樣本保持器118填充至期望水平時，浮子閥I的閥閉合。以這種方式，可以利用待測水樣本填充每個樣本保持器118 (圖2)。在一個實施例中，對于每種待測量的污染物，提供了単獨的樣本保持器118。以這種方式，可以同時對所有污染物単獨地測量。在可替選的實施例中，可以在給定的樣本保持器118中確定多種污染物。即，樣本保持器118的數(shù)量可以小于待測量的污染物的數(shù)量。在該實施例中，通常順序地而非同時執(zhí)行污染物的測量。在一個實施例中，為了檢測樣本中是否存在特定的毒素和/或測量毒素的濃度，可以在某些或所有級中配置光源126 (例如發(fā)光二極管)和光檢測器128 (例如ニ極管檢測器)(圖3、圖5)。即，一個或更多個級可以在樣本保持器118的ー側(cè)配置有一個或更多個光源126，并且在樣本保持器118的相對側(cè)配置有一個或更多個光檢測器128。可以通過測量已知波長的光吸收并且將該吸收與污染物的已知吸收標準進行比較來確定污染物的濃度。圖4示出可以與設備100結(jié)合使用的試劑輸送系統(tǒng)120的實施例。如所示出的，試劑輸送系統(tǒng)120包括四個閥浮子閥I、進氣閥2、試劑貯存閥3和試劑供給閥4。所示出的試劑輸送系統(tǒng)120還包括試劑忙存器121、試劑輸送活塞6和將試劑輸送活塞6操作地連接到試劑貯存器121的壓カ管5。在該實施例中，試劑輸送活塞6附接至浮子閥I (其控制流到樣本保持器118中的水)。隨著浮子閥I在利用水樣本填充樣本保持器118時上升，輸送活塞6導致壓力管5中的壓力。該壓カ使得試劑貯存閥3和試劑供給閥4打開并輸送部分試劑到樣本保持器118中。然后，當實驗完成并且樣本被排出樣本保持器118時，可以向下拉試劑輸送活塞6并且進氣閥2打開。當進氣閥2打開時，空氣進入壓カ管5中，從而試劑輸送系統(tǒng)120準備用于下一次實驗。圖5是示出根據(jù)實施例的設備100的四個光源126和四個光檢測器128的配置的電路圖。該實施例包括四個LED 126和四個ニ極管檢測器128。在該實施例中，ニ極管檢測器128的輸出被發(fā)送至數(shù)字捕獲模塊130。如所示出的，數(shù)字捕獲模塊130包括適于數(shù)字存儲的存儲器132和可以控制設備100的操作的微處理器134。可選地，存儲器132和/或微處理器134也可以包括允許進行數(shù)據(jù)分析的指令。在可替選的實施例中，存儲器132和/或微處理器134與數(shù)字捕獲模塊130分開。S卩，存儲器132和/或微處理器134位于與數(shù)字捕獲模塊130分開的外殼中。在示例實施例中，數(shù)字捕獲模塊130包括允許與例如遠程計算機214 (圖6)進行無線通信的無線通信電路136。在可替選的實施例中，無線通信電路136可以包含在獨立的模塊中。圖6示出根據(jù)實施例的用于化學化合物的光學檢測的系統(tǒng)202。在該實施例中，設備100被包圍在容器或盒202內(nèi)部。容器202可以包括用于快速干燥樣本保持器118的高速風扇208。可選地，加熱系統(tǒng)210可以與風扇208 —起使用或替代風扇208來干燥樣本保持器118。氣流(風扇208)與加熱(加熱系統(tǒng)210)結(jié)合通常比單獨的通風或加熱效果好。可選地，為了削弱設備100的微生物污染，可以在容器202的一個或更多個拐角處設置UV光源(例如UV LED)212。在一個實施例中，在容器202的所有的8個拐角處設置UV光源212。UV光源212通常輻射充足的時間以消滅任何微生物污染。例如，UV光源212可以在實驗結(jié)束之后對設備100輻射ー個小時。 如上所述，設備100包括無線通信電路136。在包括無線通信電路136的情況下，設備100可以接收指令并發(fā)送數(shù)據(jù)至遠程計算機214。系統(tǒng)200的遠程計算機214可以包括工作站、膝上電腦和更小的計算裝置，諸如個人數(shù)字助理(PDA)或甚至現(xiàn)代手機。實際上，遠程計算機214包括能夠無線地發(fā)送指令并接收數(shù)據(jù)的任何裝置。利用無線通信電路136，可以遠程地控制系統(tǒng)200。即，可以由與設備100沒有直接物理接觸的用戶來操作設備100。再次參照圖6，在一個實施例中，可以使用太陽能電池204給設備100供電。實際上，在某些實施例中，設備100的所有機械部件和電部件都可以由太陽能電池204供電。在可替選的實施例中，設備100可以包括電池206并由該電池供電。在另外的實施例中，設備100可以包括太陽能電池204和通過太陽能電池204充電的可充電電池206。這樣的實施例可以通過太陽能電池204接收電能，并且還能夠在具有最小光的條件下操作。在可替選的實施例中，可以通過非光學技術進行檢測和測量。即，可以利用電學技術和其它技術代替光源126和光檢測器128。例如,可以通過質(zhì)量光譜(MS)或核磁共振(NMR)來檢測有機分子。可以通過原子吸收來檢測離子。在上述實施例中，與傳統(tǒng)的裝置相反，可以利用單獨的裝置確定濁度、生物材料、有機物和/或離子污染物。此外，可以操作設備100，使得可以基本上同時操作級108、110、112和114中的ー些或全部。以這種方式，可以快速且有效地確定濁度、生物材料、有機物和/或離子污染物。下面將描述使用設備100的方法的示例實施例(圖7)。在該方法實施例的第一歩驟300中，通過泵106將水抽入設備100中。在ー個方面，泵106是注射型泵。當注射器的活塞退回時，產(chǎn)生吸力，這導致從池塘/湖抽出水。在可替選的方面，泵106可以是蠕動泵。也可以使用其它泵。如上所述，樣本保持器118可以包括可拆卸的底部、下部閘門124。在活塞抽拉期間，下部閘門124閉合。當測量完成時，下部閘門124可以打開，以便于從樣本保持器118清除廢液。在一個實施例中，第一樣本保持器118用于測量濁度。即，第一級是濁度級108。在濁度級中，測量單元可以包含具有大約660nm發(fā)射的高強度發(fā)光二極管。然而，可以使用其它波長，660nm遠離最常見的污染物的吸收區(qū)域，因此660nm適于測量大顆粒的非特定散射。
可以用沉降率來表征濁度。沉降率通常取決于顆粒的質(zhì)量和體積。因此，光強度増加的斜率提供了對沉降率的測量。可以根據(jù)沉降率計算溶解顆粒的尺寸?？梢匀缦逻M行計算。對于自由沉降，施加在顆粒上的カ的總量可以分解成四個カ因加速度產(chǎn)生的力=重力-浮力-阻力。可以利用以下等式I和2計算浮力(為重力的函數(shù))和阻力(為加速度的函數(shù))。浮力
權利要求
1.一種設備，包括多個級，用于檢測樣本中的污染物，其中，所述多個級用于基本上同時檢測多種污染物。
2.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中，所述多個級中的一個用于測量所述樣本的濁度。
3.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中，所述多個級中的至少ー個用于測量所述樣本中是否存在生物有機體。
4.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中，所述多個級中的至少ー個用于測量所述樣本中是否存在重金屬離子。
5.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中，所述多個級中的至少ー個用于檢測所述樣本中是否存在有機化合物。
6.根據(jù)權利要求5所述的設備，其中，所述化合物選自由以下物質(zhì)構成的組多氯化聯(lián)ニ苯、ニ氧(雜)芑、呋喃、艾氏劑、狄氏劑、DDT、異狄氏劑、氯丹、六氯代苯、滅蟻靈、毒殺芬和七氯。
7.根據(jù)權利要求5所述的設備，其中，所述設備包括用于檢測多種不同有機化合物的多個級。
8.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中，所述樣本是水溶液。
9.根據(jù)權利要求I所述的設備，還包括至少ー個過濾單元。
10.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中，級包括樣本保持器、光源和光檢測器。
11.根據(jù)權利要求10所述的設備，其中，所述光源包括發(fā)光二級管(LED)。
12.根據(jù)權利要求10所述的設備，其中，所述光檢測器包括ニ極管。
13.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中，所述設備被配置成被遠程地操作。
14.ー種方法，包括獲取樣本；以及分析所述樣本中是否存在生物有機體、重金屬離子或有機化合物，其中，在具有多個不同傳感器的設備中進行所述分析，所述多個不同傳感器用于基本上同時檢測是否存在生物有機體、重金屬離子和/或有機化合物。
15.根據(jù)權利要求13所述的方法，還包括測量所述樣本的濁度。
16.根據(jù)權利要求13所述的方法，還包括向所述樣本中添加細胞溶解試劑。
17.根據(jù)權利要求13所述的方法，還包括向所述樣本中添加量子點。
18.根據(jù)權利要求13所述的方法，還包括向所述樣本中添加著色劑。
19.根據(jù)權利要求13所述的方法，還包括對所述樣本進行過濾。
20.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中，所述設備被配置成被遠程地操作。
全文摘要
一種用于分析優(yōu)選為水或水溶液的樣本中是否存在污染物的系統(tǒng)和方法。設計了一種具有用于檢測所述樣本中的污染物的多個傳感器級的設備，其中多個級用于基本上同時檢測多種污染物。此外，設計了一種方法，該方法包括獲取樣本；分析所述樣本中是否存在生物有機體、重金屬離子或有機化合物。在具有多個不同傳感器的設備中進行所述樣本的分析，所述多個不同傳感器用于基本上同時檢測是否存在生物有機體、重金屬離子和/或有機化合物。
文檔編號G01N21/94GK102834717SQ201080065927
公開日2012年12月19日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權日2010年4月7日
發(fā)明者杰伊迪普·巴塔查里亞 申請人:英派爾科技開發(fā)有限公司