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专利名称：一种水质毒性检测用多通道生物传感装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属环境监测领域，具体涉及一种用于水质毒性检测用多通道生物传 感装置。
背景技术：
随着工业化程度的提高以及人们对化工产品的极大需求，各种化学物质数量猛 增，越来越多的有毒化学物质通过生产和使用进入水体，对水环境造成日益严重的污 染。近年来，世界各国对人接触、使用和排放的各类化学物质的生物安全性都予以高 度重视，纷纷出台相关规定要求在2007-2010年实现水质毒性控制，我国为了保障水环 境安全，也将水质毒性纳入环境控制标准。废水毒性的测定主要有化学方法和生物学 方法，传统的化学分析方法虽然能定量分析废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质对环境的综合影响，使其在水体污染的风险评价中受到很大限 制。由于生物学毒性分析方法能很好的弥补传统化学分析方法存在的不足，在环境监测 领域越来越受到人们的重视。迄今为止，人们提出了多种生物毒性测试方法用于水质毒性分析，这些方法主 要有水生动植物法和微生物法。水生动植物如鱼类、浮游生物、藻类等的毒性试验尽管 具有直观性，但是这些方法存在周期长、成本高和操作方法复杂等局限性，且不能满足 现场快速检测的需要。与水生动植物毒性试验相比较，由于微生物的生物机体小、种群 数量大、生长繁殖快、保存简单、对环境变化的反应快，并且同高等动物有着类似的物 理化学特性和酶作用过程等特点，特别适合于生物毒性试验。近年来，随着传感器技术 的发展，以微生物为指示生物的生物传感器毒性分析技术因其快速、灵敏、便携和经济 等特点成为环境监测技术领域新的研究热点。目前，国内外已研究开发了多种生物传感器毒性分析技术，它们多是基于微生 物的发光、细胞生长、呼吸和酶活性变化等生理指标为指征。其中，基于微生物呼吸 作用和发光菌发光特性的生物传感器得到较多的应用，但基于微生物呼吸作用的毒性分 析仪，由于所测的呼吸耗氧速率是非常敏感的变量，容易受周围环境和工艺参数的影 响，造成毒性分析的灵敏度不够，误差较大。而基于发光细菌的毒性分析仪如美国Azur Environmental 公司的Microtox 、Beckman 公司的 LUMIStox 及 Merck 公司的Tox-Alert 等，在应用中会因实际水样的复杂性受到不同程度的影响，使得分析结果具有一定的局 限性，这种缺陷主要有为3个方面(1)关于光强度检测的缺陷，由于在实际应用中，水 体中含有大量的悬浮物，存在浊度甚至有些溶解的物质本身存在颜色，这种情况会对光 学探头的测量带来很大的干扰，影响检测结果；(2)国际标准使用的检测菌种为海洋发 光菌，在实际水样分析中，往往需要对水样进行盐度和pH等调节，因此，导致毒性分析 结果与实际水样的毒性存在一定的偏差；(3)由于实际水样中的毒性物质种类复杂，现 有单一发光菌毒性检测难以真正做到广谱地适应于所有毒性物质，所以可能在应用中出 现假阴性，分析结果往往难以反映污染物毒性的真实情况。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种水质毒性检测多通道生物传感装置，该装置针 对当前水质毒性分析仪器存在的不足，提供了一种污染物检测范围宽、操作简单、不受 样品色度和浊度干扰、毒性检测结果更客观真实多通道的生物传感装置。本实用新型提出的水质毒性检测多通道生物传感装置，由1-10组毒性检测通道 和控制与检测系统7组成，毒性检测通道由毒性测试单元构成，每组毒性测试单元均由 电极插座板1、微生物电极2、测试槽3、磁力搅拌器4和磁子6组成，测试槽3的下面配 置有一一对应的磁力搅拌器4，且测试槽3和电极插座板1通过转动5轴连接。本实用新型中，所述毒性检测通道包含2-10组毒性测试单元。本实用新型中，所述电极插座板1由加药孔1-1、光电感应开关1-2和电极插槽
1-3三个部件组成，其中光电感应开关1-2设置在加药孔1-1的两侧。本实用新型中，所述微生物电极2采用丝网印刷制备，由绝缘层2-1、墨炭层
2-2、电极基片2-3、Ag/AgCl层2_4和微生物固定点2_5组成。本实用新型中，所述测试槽3是在高密度聚乙烯工程塑料板上打磨制成，槽直 径 2-3cm，深 3-5cm。本实用新型的工作原理是通过氧化还原介质的传递作用，将固定于工作电极上 的微生物的呼吸作用产生的电子传递到电极表面，从而形成生物电流信号被系统以检测 出来。当毒性污染物存在时，微生物细胞呼吸作用因受到毒性的抑制作用，表现出电流 信号的变化，从而根据待测污染物对生物电流信号的影响程度来判断毒性的强弱。与基于发光细菌的毒性检测仪和呼吸仪等相比，本实用新型的有益效果在于可 通过选择固定不同的毒性敏感菌株(或混合菌)，对污染物(污染源)的毒性做出评价， 具有毒性检测污染物范围宽、操作简单、不受样品色度和浊度干扰、毒性检测结果更具 客观真实性等优势，可很好适用于常规急性毒性分析和应急性环境监测。

图1是本实用新型水质毒性检测多通道生物传感装置的结构示意图；图2是本实用新型水质毒性检测多通道生物传感装置的某一通道电极插座板结 构示意图；图3是本实用新型水质毒性检测多通道生物传感装置的电极示意图；图4是实施例1检测电流信号曲线。图5是实施例1毒性数值EC50曲线拟合计算图。图中标号1为电极插座板，1-1为加药孔，1-2为光电感应开关，1-3为电极 插槽，2为微生物电极，2-1为绝缘层，2-2为墨炭层，2-3为电极基片，2-4为Ag/AgCl 层，2-5为微生物固定点，3为测试槽，4为磁力搅拌器，5为转动轴，6为磁子，7为控 制与检测系统。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。[0020]实施例1 如图1-图3所示，本实用新型的水质毒性检测多通道生物传感装置由1-10组毒 性检测通道和控制与检测系统7组成，本实施例由2组毒性检测通道组成，毒性检测通道 由毒性测试单元构成，毒性测试单元由电极插座板1、微生物电极2、测试槽3、磁力搅 拌器4和磁子6组成，其中每个测试槽3的下面配置有一一对应的磁力搅拌器4，通过带 动反应池中的磁子6，实现对待测水样的均勻搅拌，测试槽3和电极插座板1通过转动轴 连接，实现电极插座板装置的打开和关闭，控制与检测系统定时对毒性测试单元的微生 物电流进行检测分析。本实施例中毒性检测通道包含8组毒性测试单元。所述电极插座板1由加药孔1-1、光电感应开关1-2和电极插槽1-3三个部件组 成，其中光电感应开关1-2设置在加药孔1-1的两侧，微生物电极一端插入电极插孔中， 在工作电极和参比电极之间施加固定电压为550mv，电极的微生物端插入反应池的待测 水样中，加药孔用于投加药剂，光电感应开关位于加药孔两侧。分析时，采用不透光枪 头插入加药孔1-1进行加药的同时，引起光电感应开关1-2的开/关，从而记录下加药的 时间节点。所述微生物电极2采用丝网印刷制备，由绝缘层2-1、墨炭层2-2、电极基片
2-3、Ag/AgCl层2-4和微生物固定点2-5组成，微生物固定点2_5部分用于固定指示微 生物，Ag/AgCl层2-4用作参比电极。所述测试槽3是在高密度聚乙烯工程塑料板上打磨制成，槽直径2-3cm，深
3-5cm,可以根据需要成组布置，测试槽中放置配套的玻璃烧杯作为待测水样的反应池， 里面放置1-3个磁子。所述的控制与检测系统7提供微生物电极550mV额定分压，并驱动磁力搅拌 器，接收微生物电极的检测电流信号，处理后转化为数字信号传输给上位机，完成监 测。下面说明本实施例的使用和工作过程在8个反应池中分别加入IOml底液(由 葡萄糖、丁二酸钠、氯化钠和乳酸钠按一定配比配置)，盖上电极插座板，让固定有毒性 指示微生物的电极浸入底液中复活15min;启动仪器开关，任选两个反应池为空白，在 电磁搅拌器均勻搅拌下电流稳定5-lOmin后，通过加药孔在8个反应池中分别加入一定浓 度电子传递介质(a第一次加药点)，待电信号稳定10-15min，在其它6个测试反应池中 分别加入不同浓度梯度的待测样品(b第二加药点)，在每次加药时，加药枪头隔断光电 感应开关，使得信号检测系统自动记录加药点时间，检测电流信号如图4所示。毒性数 值EC5tl等根据图5所示曲线拟合计算。
权利要求1.一种水质毒性检测多通道生物传感装置，由1-10组毒性检测通道和控制与检测系 统(7)组成，其特征在于毒性检测通道由毒性测试单元构成，每组毒性测试单元均由电 极插座板(1)、微生物电极(2)、测试槽(3)、磁力搅拌器(4)和磁子(6)组成，测试槽 (3)的下面配置有一一对应的磁力搅拌器(4)，且测试槽(3)和电极插座板(1)通过转动 轴(5)连接。
2.根据权利要求1所述的水质毒性检测多通道生物传感装置，其特征在于所述每 组毒性检测通道包含2-10组毒性测试单元。
3.根据权利要求1所述的水质毒性检测多通道生物传感装置，其特征在于所述电 极插座板(1)由加药孔(1-1)、光电感应开关(1-2)和电极插槽(1-3)三个部件组成，其 中光电感应开关(1-2)设置在加药孔(1-1)的两侧。
4.根据权利要求1所述的水质毒性检测多通道生物传感装置，其特征在于所述微 生物电极(2)采用丝网印刷制备，由绝缘层(2-1)、墨炭层(2-2)、电极基片(2-3)、Ag/ AgCl层(2-4)和微生物固定点(2-5)组成。
5.根据权利要求1所述的水质毒性检测多通道生物传感装置，其特征在于所述测 试槽⑶是在高密度聚乙烯工程塑料板上打磨制成，槽直径2-3cm，深3-5cm。
专利摘要本实用新型涉及一种水质毒性检测多通道生物传感装置，由1-10组毒性检测通道和控制与检测系统组成，毒性检测通道由毒性测试单元构成，毒性测试单元由电极插座板、微生物电极、测试槽、磁力搅拌器和磁子组成，其中每个测试槽的下面配置有一一对应的磁力搅拌器，且测试槽和电极插座板通过转动轴连接。本实用新型可通过选择固定不同的毒性敏感菌株或混合菌，对污染物或污染源的毒性做出评价，具有毒性检测污染物范围宽、操作简单、不受样品色度和浊度干扰、毒性检测结果更具客观真实性等优势，可很好适用于常规急性毒性分析和应急性环境监测。
文档编号G01N27/327GK201796012SQ20102052279
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月9日 优先权日2010年9月9日
发明者丁钰力, 刘免, 夏四清, 尹大强, 李建华, 王学江, 王晨谦 申请人:同济大学