CN101975773B

CN101975773B - 一种多稀释度综合毒性在线检测方法及装置

Info

Publication number: CN101975773B
Application number: CN2010102557454A
Authority: CN
Inventors: 苏东霞; 樊小燕; 项光宏
Original assignee: Focused Photonics Hangzhou Inc
Current assignee: Hangzhou Juguang Environmental Protection Technology Co.,Ltd.; Focused Photonics Hangzhou Inc
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2030-08-16
Also published as: CN101975773A

Abstract

本发明提供了一种多稀释度综合毒性在线检测方法，包括以下步骤：a、进样单元将待测样品与稀释液注入到各检测室，配制成一系列不同稀释度的样品；再按顺序将一定量的缓冲液与菌液注入到各检测室，与样品混匀；b、控制设置在检测室和检测模块之间的切换模块，依次选择性地使检测室中的任一个与检测模块形成光通路，检测模块接收到对应检测室发出的光信号，得到一系列不同稀释度样品对发光细菌的发光抑制率；c、综合考察待测样品在不同稀释度下对发光细菌的发光抑制率，得到用于评价或描述水样毒性程度的综合信息。本发明还构建了一个多通道在线分析平台，提供了一种多稀释度水样综合毒性分析装置。本发明具有简便、快捷、准确度高等优点。

Description

一种多稀释度综合毒性在线检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种利用发光细菌检测同一样品不同稀释度的综合毒性的在线检测方法及装置。

背景技术

发光细菌法综合毒性分析技术利用的是样品中的毒性物质对特定细菌发光特性的抑制程度来表征样品的综合毒性，在饮用水、废水、液体食品、土壤浸出液等众多领域毒性评价有着广泛的应用。该方法对于待分析样品毒性进行定量分析的理论基础为，对比发光细菌分别与无毒对照样品和未知待测样品接触后的发光度，计算得到发光抑制率：

H(％)＝100-I_t/I₀*100

其中，I₀为与无毒对照样品接触后菌液的发光度；

I_t为与未知待测样品接触后菌液的发光度；

发光抑制率大表示未知待测样品毒性强，反之亦然，从而实现了对样品毒性的定量化分析。

荷兰Microlan公司和美国ApliTeck公司基于该原理，分别实现了Toxcontrol型和VibroTox型水质综合毒性自动分析仪。其中，Toxcontrol型水质综合毒性自动分析仪采用双通道同时对照分析技术，其中一路为空白对照，另一路为样品，空白对照和样品与细菌同步混合反应，并同步测量二者与发光细菌混合后的光度值I₀I_t，从而计算出该样品对发光细菌的发光抑制率。VibroTox型水质综合毒性自动分析仪则只有一个分析通道，通过流路上的待测样品与对照样品错时切换检测，从而实现待测样品的毒性分析。

尽管上述两种型号的仪器实现了综合毒性的自动分析，但不能满足高毒或毒性变化范围较大等应用场合的需求。比如，按上述仪器的直接测量法，对于含Hg²⁺浓度分别为1mg/L和2mg/L的较高毒性样品，获得的发光抑制率均为100％，从这个结果只能定性地判断出样品具有较高的毒性，但无法定量化的表征样品毒性大小，也无法区分两个样品之间的差异。

同时，发光细菌对多数毒物响应时表现出来的发光抑制率和毒物的浓度遵循正相关关系，但对一些特殊毒物(如Pb²⁺)，随着毒物的浓度增加，所测得的发光抑制率呈先增加后降低的现象，即响应结果呈现非单调性。对于这些毒物，如果直接采用前述的现有技术，则分析结果存在假阴性的风险。

发明内容

为了解决上述不足，本发明提供了一种多稀释度综合毒性在线检测方法及装置，该方法简单易操作，可实现对多个稀释比例的同一样品进行同时分析，从而可获得该样品详细的综合毒性信息，结果可靠；该装置简单，适用范围广，成本低。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种多稀释度综合毒性在线检测方法，包括以下步骤：

a、进样单元将待测样品与稀释液注入到各检测室，配制成一系列不同稀释度的样品；

再按顺序将一定量的缓冲液与菌液注入到各检测室，与样品混匀；

b、控制设置在检测室和检测模块之间的切换模块，依次选择性地使检测室中的任一个与检测模块形成光通路，检测模块接收到对应检测室发出的光信号，得到一系列不同稀释度样品对发光细菌的发光抑制率；

c、综合考察待测样品在不同稀释度下对发光细菌的发光抑制率，得到用于评价或描述水样毒性程度的综合信息。

进一步，所述检测室和检测模块固定不动。

进一步，在步骤a中，所述进样单元所接管路分别与待测样品、试剂和检测室相连，所述试剂包括稀释剂、缓冲液和菌液；所述进样单元切换待测样品、试剂和各检测室通道，将待测样品和试剂按一定顺序注入各检测室。

作为优选，所述切换模块包括移动部件和透光区，所述透光区设置在移动部件上；当所述透光区随移动部件移动时，能够选择性地使检测室中的任一个与检测模块形成光通路。

作为优选，在检测室的一侧设置光纤；光纤的输入端对应检测室，输出端对应检测模块的感光面；光纤将检测室的光信息传输至检测模块。

作为优选，所述切换模块设置在检测室与光纤之间或光纤与检测模块之间。

本发明还提供了一种多稀释度综合毒性在线检测装置，包括：

进样单元，其所接管路分别与待测样品、试剂和检测室相连，所述试剂包括稀释剂、缓冲液和菌液；所述进样单元向检测室内选择性地注入待测样品和试剂；

混合反应单元，包括至少两个固定不动的检测室；

切换模块及检测模块，所述切换模块设置在检测室和检测模块之间；所述检测模块固定不动；所述切换模块选择性地使检测室中的任一个与检测模块形成光通路；

控制模块，控制进样单元、切换模块及检测模块，以实现对各检测室的进样及信号采集；

处理模块，对采集的信号进行处理，计算各检测室内样品的发光抑制率，并根据发光抑制率给出分析结果。

作为优选，所述切换模块包括电机和移动部件，所述移动部件上设置有透光区；当所述透光区随移动部件移动时，能够选择性地使检测室中的任一个与检测模块形成光通路。

作为优选，在所述移动部件面向光纤的表面设置凹槽，所述透光区穿过凹槽，光纤伸入凹槽内。

本发明和现有技术相比具有如下优点：

1、本发明可同时对一个样品进行多个稀释度的对比分析；

2、本发明维持检测室不动，减少了可移动部件，从而使设备的稳定性提高，保证了测试结果的可靠性；同时有利于测量装置结构的简化；

3、本发明的检测模块是封装后的探测器；探测器固定不动，既避免了由于探测器移动所引起的绕线，同时还可方便地对探测器进行封装，既可避免外力对探测器带来的损坏，还可防止潮气的侵蚀，增强了器件的可靠性；

4、在检测室和探测器均固定的情况下，通过结构简单的切换模块实现检测室与探测器之间光通路的切换，使探测器依次测得各检测室内样品的发光度，从而可同时对多个样品进行分析测量或对同一个样品进行不同浓度的对比分析检测；

5、本发明的控制模块可对移动部件进行精确定位，从而实现各检测室光度的准确测量；

6、对检测室之间进行光隔离且检测室进行发黑处理，使各检测室内部或检测室之间的检测信息不会相互干扰，使测量结果更加准确；

7、本发明采用半导体温控模块进行控温，既可制冷，也可加热，适用的环境范围更广泛；

8、本发明简便、快捷，缩短了测量时间，提高了测量效率。

附图说明

图1为实施例1中多稀释度综合毒性在线检测装置的结构示意图；

图2为实施例1中细菌连续培养模块结构示意图；

图3为实施例1中混合反应单元、选择模块及检测模块结构示意图；

图4为实施例1中检测室的俯视图；

图5为实施例1中切换模块的结构示意图；

图6为实施例1中切换模块的剖面图；

图7为实施例1中5分钟与10分钟时样品稀释比与发光抑制率的曲线图；

图8为实施例2中多稀释度综合毒性在线检测装置的结构示意图；

图9为实施例2中检测室的俯视图；

图10为实施例2中切换模块的结构示意图；

图11为实施例3中检测室的俯视图；

图12为实施例3中切换模块的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

请参阅图1至图7，一种多稀释度综合毒性在线检测装置，包括菌液培养单元1、进样单元21、混合反应单元3、切换模块4、检测模块5和控制模块及处理模块6；

所述菌液培养单元1，包括蠕动泵11、培养罐12、温控装置13和空气泵14；所述菌液培养单元具有培养基流加、温控、搅拌、曝气等功能，对细菌进行连续在线培养；

所述进样单元21，包括注射泵201、多通道选向阀202、储液环203和管路，所述注射泵201一端与稀释液相连，一端与储液环203相连；储液环203与多通道选向阀202相连，储液环203用于暂时储存由注射泵201泵入的样品及试剂；多通道选向阀202通过管路分别与待测样品、缓冲液、菌液和检测室301相连；所述多通道选向阀202还通过管路与废液池相连，能够将混合反应单元3内的液体排出；本实施例稀释液为清水，缓冲液为浓度为22％的氯化钠溶液；

所述混合反应单元3，包括至少两个固定不动的检测室301和半导体温控模块302；本实施例所述检测室301有六个，编号分别为1、2、3、4、5和6，所述检测室301设置在发黑铝块303上，呈同心圆状均匀排列，检测室301底部对光透明；用于盛装样品的样品管可以分别放置在检测室301内；发黑铝块303对各个检测室301起到光隔离的作用；所述半导体温控模块302对混合反应单元3的温度进行控制；

在每个检测室301的下面都对应设置一根光纤304，光纤不移动；

所述切换模块4包括移动部件401和电机402，所述移动部件401为转盘，所述转盘上设置有一个透光区403；所述移动部件401设置在检测室301与光纤304之间；电机402控制移动部件401转动时，透光区403能够与任一个检测室301和设置在相应检测室301下面的光纤304相通，使相应检测室301与检测模块5之间形成光通路；

为了使每根光纤之间的感光不相互影响，在移动部件401面对光纤的表面设置环状凹槽404，移动部件401上的透光区403穿过所述凹槽404，光纤伸入凹槽404内；

所有光纤的输入端与检测室301相对应，所有光纤的输出端与检测模块5的感光面相接，也可以将所有光纤的末端熔接在一起再与检测模块5的感光面相接；本实施例所有光纤的输出端均与检测模块5的感光面相接；

所述检测模块5为光电倍增管(PMT)，对PMT进行了封装处理，易于维护，同时也避免了维护时PMT直接曝光于强光下进而影响其寿命；同时还可保护PMT免受潮湿和外力破坏；

所述控制模块集成在处理模块6中，其中控制模块可控制进样单元21、切换模块4及检测模块5，以实现对各检测室的进样及信号采集；处理模块6负责处理采集到的信号，并计算各检测室内样品的发光抑制率，并根据发光抑制率给出分析结果；

上述检测室301需放置在暗箱中。

本发明还提供了一种多稀释度综合毒性在线检测方法，本实施例以浓度为10mg/L的ZnSO₄.7H₂O溶液为待测样品，测定过程包括以下步骤：

a、提供本实施例所述的多稀释度综合毒性在线检测装置；

对发光细菌进行连续培养，得到菌液：

蠕动泵11按一定的速率将灭菌后的培养基连续泵入培养罐12，所述培养罐12中装有连续培养的发光细菌；温控装置13将培养罐12中的温度控制在23℃左右；

空气泵14将过滤除菌的空气泵入培养罐12，并使发光细菌、培养基、空气等混匀混合，细菌在此条件下维持稳定生长，为测量提供菌液；

进样单元21选择性地将待测样品、稀释液、缓冲液、菌液按一定顺序注入各检测室301，具体如下：

a1、开启混合反应单元3内的半导体温控模块302，使反应室的温度保持在23℃；

a2、控制模块控制注射泵201将稀释液和待测样品按一定的比例注入各检测室301中，使各个检测室301中样品的浓度成梯度；如注射泵201依次将不同量(0、0.4、0.8、1.2、1.6、2ml)的待测样品注入编号为1、2、3、4、5、6的检测室301中，然后再依次将不同量(2、1.6、1.2、0.8、0.4、0ml)的稀释液注入编号为1、2、3、4、5、6的检测室301中，使各个检测室301中待测样品与稀释液总量相等；在本实施例中，所述稀释液为清水，缓冲液为浓度为22％的氯化钠溶液；

a3、注射泵201将等量的缓冲液(0.2ml)注入各个检测室301，孵化5min，使样品温度达到23℃；

a4、注射泵201将等量的菌液注入各个检测室301；

各检测室301中液体的总量相同，但浓度不同，从而配成了不同浓度梯度的样品；

b、检测各检测室301内样品的光度信息，具体如下：

控制模块控制电机402带动移动部件401按一定的角度旋转，使移动部件401上的透光区403的初始位置与1号检测室301及设置在1号检测室301下面的光纤304相通，使1号检测室301与检测模块5之间形成光通路，从而测得空白对照的光度值；

继续转动移动部件401，移动部件401转动时，透光区403能够与其它检测室301中的任一个和设置在相应检测室301下面的光纤相通，使相应检测室301与探测器之间形成光通路，测得相应样品的光度值，进而通过处理模块6将其与空白对照的光度值进行比较，计算得到相应稀释浓度的样品对发光细菌的发光抑制率；

所有检测室301内各个稀释度的样品的光度值均测过以后，移动部件401复位；之后每隔1min重复测量一次；如此，仪器可采集到多个信号I_it(I为光度值，i为检测室的编号1～6；t为反应时间min)；处理模块6根据测得的信号，经计算可得出待测样品在不同稀释比时的发光抑制率Ht(％)并建立各个时间下稀释比与发光抑制率的曲线图，请参见图7；测量完毕后，进样装置21将废液排出检测管后并对管路和检测室进行清洗；

c、综合考察样品在不同稀释度下对发光细菌的发光抑制率，得到用于评价或描述水样毒性程度的综合信息。

本实施例对发光细菌进行连续培养，可至少稳定培养30d以上，大大延长了维护周期；本实施例的进样单元为高精度注射泵和多通道选向阀，可自动对样品进行不同浓度的稀释，测量结果更加精确且死体积少；本实施例的检测室、光纤及探测器均固定不动，仅通过切换装模块的转动实现对各个检测室内样品的选择，并对检测室内的样品进行检测，从而排除了由于移动检测室而对测量结果造成的影响，保证了检测的稳定性。

实施例2

请参阅图8、图9、图10，一种多稀释度综合毒性在线检测装置，与实施例1所述多稀释度综合毒性在线检测装置不同的是：

所用菌液12为冻干粉复苏液，用半导体制冷器将温度控制在4℃保存，可使用一个星期；

所述进样单元22，包括可正反向转动的蠕动泵211和电磁阀；蠕动泵211通过电磁阀分别与待测样品、试剂和各检测室相连；所述试剂包括稀释液、缓冲液和菌液；所述进样单元22能够将待测样品和各试剂按一定顺序分别注入各检测室中；同时，可将检测室内的液体排出；

所述检测室311有10个，检测室311呈两个同心圆状均匀排列，各同心圆上各5个检测室311，其中外圆检测室的编号为1、2、3、4、5，内圆检测室编号为6、7、8、9、10；

所述检测模块51、52均为光电倍增管；

将设置在移动部件411下面与内圆检测室相对应的光纤的输出端熔接在一起，并与检测模块51的感光面相接；

将设置在移动部件411下面与外圆检测室相对应的光纤的输出端熔接在一起，并与检测模块52的感光面相接；

在移动部件411上分别设置透光区412和透光区413，当移动部件411转动时，透光区412能够与内圆检测室相通，透光区413能够与外圆检测室相通，使相应检测室与检测模块51、52之间形成光通路；

为了使每根光纤之间的感光不相互影响，在移动部件411面对光纤的表面设置环状凹槽414，移动部件411上的透光区透光区412和透光区413穿过所述凹槽414，光纤伸入凹槽414内。

本实施例还提供了一种多稀释度综合毒性在线检测方法，与实施例1所述的一种多稀释度综合毒性在线检测方法不同的是：

在步骤a中，提供本实施例所述多稀释度综合毒性在线检测模块；

控制模块控制蠕动泵211和电磁阀，将清水、1号待测样品按一定的比例注入放置在1号、2号、3号、4号、5号外圆检测室中的样品管中；将清水、2号待测样品按一定的比例注入放置在6号、7号、8号、9号、10号内圆检测室中的样品管中；

在步骤b中，转动移动部件411，透光区412和透光区413分别与6号、7号、8号、9号、10号内圆检测室和1号、2号、3号、4号、5号外圆检测室相通，设置在相应检测室下面的光纤接收光信号，并分别传递给相应的光电倍增管，得到内圆检测室和外圆检测室对应样品的信息。

本实施例能够同时实现对多个样品不同浓度对比检测，操作简便、快捷。

实施例3

请参阅图11、图12，一种多稀释度综合毒性在线检测装置，与实施例1所述的多稀释度综合毒性在线检测装置不同的是：

检测室331在发黑铝块333上呈线状排列，每个检测室的下面都对应一根光纤，光纤不移动；

移动部件431上设置有一个透光区433；所述移动部件431设置在检测室331与光纤之间；移动部件431平移时，透光区433能够依次与检测室和设置在相应检测室下面的光纤相通，使相应检测室与探测器之间形成光通路；

本实施例还提供了一种多稀释度综合毒性在线检测方法，与实施例1所述的多稀释度综合毒性在线检测方法不同的是：

在步骤a中，提供本实施例所述多稀释度综合毒性在线检测装置；

在步骤b中，平移移动部件431，移动部件431移动时，透光区433依次与各检测室和光纤相通；分别测得样品对发光细菌的发光抑制率。

实施例4

一种多稀释度综合毒性在线检测装置，与实施例1所述的多稀释度综合毒性在线检测装置不同的是：

各光纤的输出端呈同心圆状均匀排列；移动部件设置在光纤输出端与检测模块的感光面之间，移动部件上的透光区能够依次与光纤相通，使检测室与检测模块之间形成光通路。

在步骤b中，移动部件转动时，移动部件上的透光区依次与光纤相通，使检测室与检测模块之间形成光通路，使光纤接收到的检测室的信息传递给光电倍增管，进而测得样品对发光细菌的发光抑制率。

上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。本发明的关键是：在保证检测室不动的情况下，通过对检测室与探测器之间测量光路的切换，实现对多个样品或对不同浓度的同一样品进行对比检测。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明做出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多稀释度综合毒性在线检测方法，包括以下步骤：

再按顺序将一定量的缓冲液与含有发光细菌的菌液注入到各检测室，与样品混匀；

2.根据权利要求1所述的多稀释度综合毒性在线检测方法，其特征在于：所述检测室和检测模块固定不动。

3.根据权利要求1或2所述的多稀释度综合毒性在线检测方法，其特征在于：在步骤a中，所述进样单元所接管路分别与待测样品、试剂和检测室相连，所述试剂包括稀释液、缓冲液和菌液；所述进样单元切换待测样品、试剂和各检测室通道，将待测样品和试剂按一定顺序注入各检测室。

4.根据权利要求1或2所述的多稀释度综合毒性在线检测方法，其特征在于：所述切换模块包括移动部件和透光区，所述透光区设置在移动部件上；当所述透光区随移动部件移动时，能够选择性地使检测室中的任一个与检测模块形成光通路。

5.根据权利要求1或2所述的多稀释度综合毒性在线检测方法，其特征在于：在检测室的一侧设置光纤；光纤的输入端对应检测室，输出端对应检测模块的感光面；光纤将检测室的光信息传输至检测模块。

6.根据权利要求5所述的多稀释度综合毒性在线检测方法，其特征在于：所述切换模块设置在检测室与光纤之间或光纤与检测模块之间。

7.一种多稀释度综合毒性在线检测装置，包括：

混合反应单元，包括至少两个固定不动的检测室；

8.根据权利要求7所述的多稀释度综合毒性在线检测装置，其特征在于：所述切换模块包括电机和移动部件，所述移动部件上设置有透光区；当所述透光区随移动部件移动时，能够选择性地使检测室中的任一个与检测模块形成光通路。

9.根据权利要求7或8所述的多稀释度综合毒性在线检测装置，其特征在于：在检测室的一侧设置光纤；光纤的输入端对应检测室，输出端对应检测模块的感光面；光纤将检测室的光信息传输至检测模块。

10.根据权利要求9所述的多稀释度综合毒性在线检测装置，其特征在于：所述切换模块设置在检测室与光纤之间或光纤与检测模块之间。

11.根据权利要求9所述的多稀释度综合毒性在线检测装置，其特征在于：在所述移动部件面向光纤的表面设置凹槽，所述透光区穿过凹槽，光纤伸入凹槽内。