CN101796410B - 监测水中的微生物细菌的装置 - Google Patents

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Abstract

一种连续地定期监测水中微生物细菌的装置，该装置包括反应器(5)、至少一条进入所述反应器的试剂供给管道(18a..d)、至少一台试剂计量装置(19a..d)以及至少一台检测是否存在微生物和/或其代谢物的测量装置(16)，其中反应器(5)包括反应腔(11)和滤液室(13)，所述滤液室和所述反应腔用过滤器(12)分隔开，供水管(1)和试剂供给管道(18a…d)接入所述反应腔，至少一条排水管从所述滤液室导出，并且将控制器(10)设置成以泵/阀装置(3，4，6，7)把预定量的水导入所述反应腔并通过所述过滤器以及把预定量的试剂引进入所述反应腔。

Description

监测水中的微生物细菌的装置
技术领域
本发明与连续地定期监测水中的微生物细菌的装置有关，该装置包括反应器、至少一条使要分析的水进入所述反应器的供水管、至少一条从反应腔接出的排水管、至少一条进入所述反应器的试剂供给管道和至少一台试剂计量装置、至少一台检测是否存在微生物和/或其代谢物的测量装置，包括所述反应器的供给/排放管道中的泵/阀装置，还包括控制器用于程序控制至少所述泵/阀装置。
背景技术
在本发明的背景下，术语“水”被定义为任何类型的主要组成部分是水的液体，例如饮用水、矿泉水、用来生产饮用水的水、河水和海水、工业生产用水例如冷却水、循环水、生物技术生产溶液例如发酵溶液、污水和经过净化的污水等等，以及主要组成部分是水的食物，例如是牛奶和奶制品或饮料工业的产品。
即使这些微生物在水中所引起的不良影响是很小的，人们都经常会希望能够或者因法律规定而需要检测到这些不良影响，其中本文提到大肠杆菌的检测作为例子。
长期以来，人们作过多次尝试去创造一方面能检测到即使是最小的不良影响，另一方面能在尽可能最短的时间内完成这一检测以便能够实际上连续地进行水质分析的方法和装置。
所述问题在文献DE 8623413U1中也能找到。该文献公开了一种检测水样中的大肠杆菌的测量装置，该装置对该细菌产生的氢进行检测。该测量装置使用一个或多个能把要分析的水、培养基和用来清洗的消毒剂(氯水)引进入其内的密闭的培养容器。该已知的测量装置的出发点是认为：因为各种原因，将细菌预先浓缩是不理想的，尤其是因为过滤器可能被阻塞而该过滤器上的细菌浓度可能变得太高，并且此外一般认为滤膜上的预先浓缩是不可逆的。这样的结果是使用滤膜令装置无法简单地自动化。
另外，日本专利第2003079397号公开了一种实际上连续地操作的装置。在该文中，用泵把要分析的样本经由中间容器、三通阀和另一个泵泵入混合室，并用阀和泵把试剂泵入所述混合室。样本从这里到达培养箱，该培养箱包括毛细管。之后，样本被导入另一混合室，在这里通过阀和泵再加入试剂。通过又一毛细管后，样本进入测量单元，在此通过荧光成像技术进行测量。但是，所述装置一方面不能达到符合饮用水的要求所需的敏感度；另一方面由于连续操作，试剂的消耗量相对地高，因此预计操作过程中的花费会相当多。
如果要检测例如饮用水中的低浓度细菌，就仍要提取样本带到实验室，在培养基上培养后检测是否可能存在细菌。
发明内容
因此，仍有需要一种检测敏感度高的自动化装置。本发明的目的就是创造这样的装置，其中假设该装置带有过滤器，这是因为发明者认为这样能相对简单地获得理想的检测敏感度，并能使用已被确认的试剂。但是，使用过滤器的目的不是为了除去微粒或细菌以得到净化溶液(例如经常用于生物科技中)，而是为了使细菌的浓度能达到对随后的测量作出反应所需要的敏感度。
该目的通过前述类型的装置达到。在该装置中，反应器包括按照本发明的反应腔和滤液室，所述滤液室与所述反应腔用过滤器分隔开，其中所述至少一条供水管和所述至少一条试剂供给管道接入所述反应腔，所述至少一条排水管从所述滤液室导出，并且其中将控制器设置成以泵/阀装置把预定量的水导入所述反应腔并通过所述过滤器以及把预定量的试剂引进入所述反应腔。
本发明创造的装置提供了可在较长时段下进行测量的自动化测量，并且因其是多功能的设计，所以对于例如要分析的某类细菌、某类检测方法或者水质都无任何限制。
在一个能特别有利地实现的设计中，提供了被设置在滤液室的下游进行测量的测量装置。
浓缩装置被设置在测量装置的上游可以是有利于提高敏感度的。从而证实按照色谱分离的原理操作浓缩装置是特别有效的。
把测量装置设置在反应腔内进行测量和/或在滤液室内进行测量能提高该装置的灵活性。
此外，在很多情况下，为给生物/化学操作制造可重现的条件，至少反应器有包括加热器，这是可取的。
对该装置内的受控运行程序而言，提供压力测量装置以测量通向反应腔的供水管内的压力是有利的。
如在反应腔内提供搅拌装置，则保证了反应物质混合均匀。
此外，能提供被设置成以泵/阀装置使通过反应器的水反向流动的控制器。这样做一方面能在回流中进行测量，这样在某些情况下由于通过过滤器而产生的稀释就不会发生，而与其相关联的信号的减弱也不会发生，另一方面装置因而得到清洗。
此外，在某些培育和/或测量条件下，将控制器设置成以泵/阀装置引导通过反应器的循环水流也可是合理的。
由于得到的测量值应有利于与某一容积关联，如果将控制器设置成以检测和/或预先确定通过泵运送的容积计量，则是有利的。
在高度自动化的操作方面，能更换反应器中的过滤器是可取的。一个有利的新发展的特征因而在于提供了过滤器更换板，其包括至少两个滤芯，虽然滤芯对于反应器外壳是密封的，能以这样的方式移置滤芯：在每种情况下，一个滤芯作为有效的过滤器将反应器和滤液室分隔开，又或者将由控制器控制的驱动器分配给过滤器更换板。
由于各种原因，在反应器或在其循环中可能分别产生空气或气泡而干扰测量过程，因而把空气和气泡从反应器中除去是可取的。
基于实践而被证实有利的是：当过滤器大体上为平面并相对于水平方向倾斜以致反应腔中的气泡能向上掠过过滤器表面。因而特别有利的是：滤液室包括排放管口，以把水排入第一和第二排水管，其中第一排水管的排放管口被设置在滤液室的最高点，第二排水管的排放管口把水供应给测量装置，并被设置在反应器的对称轴上而该对称轴大体上在过滤器平面的法线上。由于在滤液室的最高点排水，存在的空气和气泡经由相对于水平方向倾斜的过滤器向上掠过该过滤器，所以空气和气泡能够经由第一排水管的排放管口有效地排出。由于朝测量方向供给的水经由第二排水管的排放管口从滤液室排出，而该管口位于反应器的对称轴上，而该对称轴大体上在过滤器平面的法线上因此能保持对混合后的影响较小和与其相关联的信号的减弱较小。
此外，为了把空气或气泡从反应器排出，能够至少给反应腔提供排气管和排气阀。在有过滤器更换板的情况下，一个恰当的解决方法是让过滤器更换板包含排气凹穴，其在该板的限定移置位置连接反应腔和/或滤液室和通向外部的排气管。
依本发明开发的包括有清洗装置，该装置设有控制器，在至少一个清洗循环中通过控制泵/阀装置来引导清洗液通过清洗装置的管道和装置的各单元，这有助于保证自动化的、实际上连续的运作。
附图说明
本发明所包括的更多优点通过以下附图中的实施例进行说明，在附图中：
图1显示了本发明的第一实施例的方框图解说明，
图2显示了按照本发明的实施例的细节的放大图，
图3-6显示了按照图1的操作过程中的不同流程，但其中省略了对说明不重要的部分，以及
图7显示了本发明扩展了功能的实施例，其与图1类似。
具体实施方式
按照图1，把要分析的水(参照上文“水”的定义)经由供水管1、第一3通阀2、泵3和第二3通阀4导入反应器5，再通过排水管9经由第三3通阀6、第四3通阀7和第五3通阀8从该反应器排出。
所有这些3通阀由中央控制器10控制，或者能够由其分别操作，其中应该了解的是刚才所述的循环仅代表在这些3通阀的某些位置的循环的多种可能中的一种。适当的控制器10还可获取中央数据以及进行数据输出。
反应器5带有反应腔11和滤液室13，在本发明中，滤液室位于反应腔之上，二者用过滤器12分隔开。可用温度感应器14检测反应器内的温度，并把相应信息传至控制器10。另一方面，可用加热器15加热反应器5，加热器基于温度感应器14的信息通过控制器来进行控制是有利的。
测量支管6a始于第三3通阀6，测量装置16被设置成与其外围部件17相连，另一方面，其中该外围部件能与控制器10通信。
贮存容器20a、20b、20c和20d中的试剂能经由试剂供给管道18a、18b、18c和18d以及被分配给各试剂供给管道并能由控制器10控制的计量阀19a、19b、19c和19d被引进入反应腔11。
压力测量装置21把当前的压力值发送给控制器10，该压力测量装置被设置在泵3和第二3通阀4之间，以便所述控制器10能够例如通过泵3的流量使压力保持在预定值。
支管22或23分别从第一3通阀2或第五3通阀8通向清洗装置24，在所说明的实施例中，清洗装置包括至少一个贮存清洗液的容器25，在这里清洗液不限于液体清洁剂，其他的可能例如产生臭氧也能用于清洁。
横向管道26连接滤液室13的出口和第二3通阀4，横向管道27连接反应腔11的入口和第四3通阀7。
在讨论按照本发明的装置的功能或不同的操作模式之前，将通过图2进行更详细的说明，对于和图1中相同的部分，图2使用相同的附图标记，图1中已经说明过的部分被省略。
图2显示了包括两条排水管的反应器5d，其以一角度相对于水平方向倾斜。由于包括两条排水管的反应器5d是倾斜的，所以过滤板31也是倾斜的。
为能够使反应腔11内的液体保持运动，本发明提供了磁力搅拌器28，该磁力搅拌器包括发动机29以及在反应腔11内部的搅拌磁子30。而发动机29则由中央控制器10控制。如果想要液体运动，当然也能使用其它技术使其在反应腔11内保持运动。包括两条排水管的反应器5d的倾斜使反应腔11内搅拌磁子30所处于的表面大体上是水平的。在设置适当的情况下，由于反应腔的几何形状和地心吸力，使得搅拌磁子30保持在最低的位置。
为能够自动更换旧的或损坏的过滤器，该装置带有过滤器更换板31，该板包括三个滤芯32a、32b和32c。这些滤芯可以是例如标准的陶瓷过滤器。驱动器33由控制器10控制并能移置过滤器更换板31，其中所述板对于反应器外壳是密封的，以便在每种情况下，不同的滤芯都作为有效的过滤器将反应腔和滤液室分隔开。在所示位置中，在使用中的是滤芯32b。
空气或气泡能在管道中的不同位置因不同的原因而形成，其被过滤器阻住并主要在反应腔11造成干扰。由于包括两条排水管的反应器5d和过滤板31以一角度倾斜，可能存在于反应腔11中的空气或气泡能沿着过滤器表面向上掠过，被压进过滤器12而进入滤液室13并被排出。在所述实施例中，两条排水管9a和9b在包括两条排水管的反应器5d的滤液室13外导出。第一排水管9a的排放管口9aa大体上位于滤液室13的最高位置，目的是在过滤过程中把水从包括两条排水管的反应器5d排出。反应腔内的气泡沿着过滤器的表面向上掠过过滤器12，该气泡能够通过这一设置经由第一排水管9a排出。第二排水管9b的排放管口9ba被设置在包括两条排水管的反应器5d的对称轴L上，水经由该排水管供应给测量装置16。包括两条排水管的反应器5d的对称轴L因而大体上在过滤器表面的法线上。该设置的优点是在测量过程中，反应溶液不会因用不同的路径从过滤器表面到第二排水管9b的排放管口9ba而有所不同：要测量的溶液从反应腔11通过过滤器12导入滤液室13，从那里经由第二排水管9b进入测量装置16，保持了对混合后的影响较小和与其相关联的信号的减弱较小。排水管9a和9b经由3通阀6’进入排水管9。
另外，空气或气泡能通过包括两条排水管的反应器5d的排气而除去。对于气泡，可给反应腔11提供排气管34和排气阀35，以便在需要时或在流程中的某些时刻进行排气。同样可取的是：过滤器(通常为平面)相对于水平方向倾斜至反应腔11中的气泡向上掠过过滤器表面，从而能够到达所述排气管34的入口。
以下将参照图3-6对按照本发明的装置的操作和功能进行说明。
图3显示了阀的位置以及在这“过滤”操作模式中的相应流程。用泵3把样本经由供水管1不断地吸入，被向上引导过反应腔11、过滤器12和滤液室13至排放管9。测量过滤后的水样的容积或者以定量的方式分别地提供过滤后的水样，以给稍后获得的测量数据提供相对于容积的参考，例如每100ml中细菌的数量。为此，能检测例如泵3的转动，或者可用流量测量装置21a测量运送过泵3的容积。该流量测量装置21a将相应信息提供给控制器10，所述控制器能在达到某一运送容积之后关掉泵3或者关闭阀门。微生物细菌被阻隔在过滤器12处。操作模式“过滤”之后是按照图4的操作模式“计量和培养”。在该过程中，贮存容器20a、20b、20c和20d中的试剂起初经由试剂供给管道18a、18b、18c和18d以及被分配给所述试剂供给各管道并能由控制器10控制的计量阀19a、19b、19c和19d引进入反应腔11。排出的容积因而经由过滤器离开反应器，以致反应腔内的容积保持不变。能选择性地在不同的培养时间加入试剂。加热器15和磁力搅拌器28由温度感应器14和控制器10调节，保证了最佳的反应条件。
以下测量步骤发生于按照图5的操作模式“测量”。再开动泵3，经由供水管1流入的水推动反应腔11中要测量的溶液令其通过过滤器12，经过滤液室13，并从这里经由第三3通阀6进入测量装置16的测量单元。测量值能通过外围部件17和/或控制器10输出，其描述了在培养结束时反应腔中的分析物的浓度。可供替代的测量以及测量位置将进一步在以下图7的背景中进行描述。
本发明以埃希氏菌(大肠杆菌)的检测为例说明分析方法。大肠杆菌是粪便污染的指示物，并且在全世界通常用于监测饮用水以及其它物体。
用泵把限定容积的样本通过反应腔内的过滤器过滤。把缓冲溶液和受质溶液加进包含有增强的细菌的反应腔中。缓冲溶液为酶反应提供了理想的条件，受质溶液包含受质，该受质能通过大肠杆菌的某一酶选择性地转化。大肠杆菌的已被确认的受质是4-甲基伞形酮-β-D-葡糖苷酸，其由大肠杆菌特有的酶β-D-葡糖苷酸酶分解成用荧光成像技术测量就会发出大量荧光的4-甲基伞形酮。
本发明的装置的高敏感度是通过把强化了的测量和灵敏的测量相结合而得到的，因为该高敏感度，所以能省去细菌的培养。因此，还能够调节到在培养过程中适合β-葡糖苷酸酶的特定条件。
经过相应的培养(视大肠杆菌的预期数量而定，可能在1-6小时的范围内)后，在测量单元16中测量反应腔的容积。得到的信号是反映反应腔内大肠杆菌数量的一种标准；每一单位容积的细菌的含量能通过已知的、过滤后的样本容积计算出来。
或者，如在反应腔中分别使用测量单元或测量装置，则能在培养期间获取信号流。
但是，通过检测选择性的酶活性来检测大肠杆菌仅是本发明的多种应用中的其中一种。通过修改和组合，以下所述同样是有可能的，例如i染色和测量一般细菌，其中ii细胞的全体染色(例如活染色)或者iii细胞的选择性染色，例如能使用抗生素或者也能iv使用随后的测量的选择性培养的方法。
在操作模式“反冲洗与清洗”中能实行多个步骤(见图6)，其中可以重复实行多个步骤和/或重复个别步骤。
清洗装置24由控制器10控制，从贮存清洁剂(例如氯水，如果适用也可以是有多过一种清洁剂)的容器25除去该清洁剂。冲洗在操作模式“过滤”中的样本路径。此外，能仅用水冲洗反应器，也能用清洁剂反冲洗反应器。还能对测量支管6a进行清洗和/或反冲洗。整个清洗操作能自动进行，并且能分别适应当前的条件例如要检测的微生物、试剂和清洁剂的类型，以便在清洗过程结束后用该装置检测新样本。
与按照图1的实施例相比，图7中所示的实施例有多处升级，例如增加了第二反应器5a和第三反应器5b；为简化说明，省略了已在图1和2中显示的一些部件例如加热器和搅拌装置。
第六3通阀36在反应腔11的入口上游，附加/替代的测量装置37在回流上。
能分别给反应腔11和滤液室13提供或在其内设置另外的反应腔的测量装置38和滤液室的测量装置39，优选地，其中反应腔的测量装置38给反应腔11装设。在测量支管6a中，也能设置另外的测量装置16a和16b并将其连接在测量装置16的下游。或者，也能以并联平行的方式连接这些测量装置。
在第一3通阀2和泵3之间的第七3通阀42与测量支管6b是为了使测量溶液在培养过程中再循环。在测量装置16、16a、16b的上游添设浓缩装置40以提高检测的敏感度。测量能以色谱法为基础，其中能通过控制泵41来供给洗脱液，以去除增强的分析物。

Claims (21)

1.一种连续地定期监测水中微生物细菌的装置，该装置包括
反应器(5)，
至少一条使要分析的水进入所述反应器的供水管(1)，
至少一条从反应腔接出的排水管(9,9a,9b)，
至少一条进入所述反应器的试剂供给管道(18a..d)以及至少一台试剂计量装置(19a..d)，
至少一台检测是否存在微生物和/或其代谢物的测量装置(16)，
包括所述反应器的供给/排放管道中的泵/阀装置(3,4,6,7,36,42)
并包括控制器(10)用于程序控制至少所述泵/阀装置，
其特征在于
反应器(5)包括反应腔(11)和滤液室(13)，所述滤液室与所述反应腔用过滤器(12)分隔开，其中所述至少一条供水管(1)和所述至少一条试剂供给管道(18a…d)接入所述反应腔，所述至少一条排水管(9,9a,9b)从所述滤液室导出，并且将控制器(10)设置成以泵/阀装置(3,4,6,7)把预定量的水导入所述反应腔并通过所述过滤器以及把预定量的试剂引进入所述反应腔。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于测量装置(16)被设置在滤液室(13)的下游进行测量。
3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于浓缩装置(40)被设置在测量装置(16)的上游。
4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于浓缩装置(40)按照色谱增强的原理进行操作。
5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于反应腔的测量装置(38)被设置在反应腔(11)内进行测量。
6.按照权利要求1所述的装置，其特征在于滤液室的测量装置(39)被设置在滤液室(13)内进行测量。
7.按照权利要求1所述的装置，其特征在于至少反应器(5)有包括加热器(15)。
8.按照权利要求1所述的装置，其特征在于提供了压力测量装置(21)以测量通向反应腔(11)的供水管内的压力。
9.按照权利要求1所述的装置，其特征在于在反应腔(11)中提供了搅拌装置(30)。
10.按照权利要求1所述的装置，其特征在于将控制器(10)设置成以泵/阀装置(3,4,6,7)使通过反应器(5)的水反向流动。
11.按照权利要求1所述的装置，其特征在于将控制器(10)设置成以泵/阀装置(3,4,6,42)引导通过反应器(5)的水循环流动。
12.按照权利要求1所述的装置，其特征在于将控制器(10)设置成以检测和/或预先确定通过泵(3)运送的容积计量。
13.按照权利要求12所述的装置，其特征在于流量测量装置(21a)被设置在泵(3)的下游。
14.按照权利要求1所述的装置，其特征在于反应器(5)的过滤器(12)是可更换的。
15.按照权利要求14所述的装置，其特征在于提供了过滤器更换板(31)，该过滤器更换板包括至少两个滤芯(32a,b,c)，虽然滤芯对于反应器外壳是密封的，能以这样的方式移置滤芯：在每种情况下，一个滤芯作为有效的过滤器(12)将反应器和滤液室(11,13)分隔开。
16.按照权利要求1所述的装置，其特征在于由控制器(10)控制的驱动器(33)被分配给过滤器更换板(31)。
17.按照权利要求1所述的装置，其特征在于过滤器(12)大体上为平面并相对于水平方向倾斜，以致反应腔(11)中的气泡能向上掠过过滤器表面。
18.按照权利要求17所述的装置，其特征在于滤液室(13)包括排放管口(9aa,9ba)以把水排入第一和第二排水管(9a,9b)，其中第一排水管(9a)的排放管口(9aa)被设置在滤液室(13)的最高点，第二排水管(9b)的排放管口(9ba)把水供应给测量装置(16)，并被设置在包括两条排水管的反应器(5d)的对称轴(L)上而该对称轴大体上在过滤器平面的法线上。
19.按照权利要求1所述的装置，其特征在于至少给反应腔(11)提供排气管(34)和排气阀(35)。
20.按照权利要求15所述的装置，其特征在于至少给反应腔(11)提供排气管和排气阀，其中过滤器更换板(31)包含排气凹穴，其在该板的限定移置位置连接反应腔和/或滤液室(11,13)和通向外部的排气管。
21.按照权利要求1所述的装置，其特征在于该装置包括有清洗装置(24,25)，该装置设有控制器(10)，在至少一个清洗循环中通过控制泵/阀装置(2,3,4,6,7,8)来引导清洗液通过该装置的管道和装置的各单元。
CN200880106196.5A 2007-07-09 2008-07-02 监测水中的微生物细菌的装置 Active CN101796410B (zh)

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