CN104007277B - 一种生物毒性自动监测仪及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的生物毒性自动监测仪，包括取样单元、定量单元、检测单元、正控液池、前处理单元、菌液复苏保存单元、盐溶液单元及控制单元，并且通过上述各组成部分的相互配合，实现生物毒性自动化在线监测，该监测仪结构简单，易于实现，具有较低的产品成本，结合其监测方法，可以实现自动清洗、配置稀释液、菌液适应调节、接触反应及测试过程，人工维护的工作量小，而且降低了人工成本。

Description

一种生物毒性自动监测仪及监测方法

技术领域

本发明涉及环境水污染监测设备，尤其涉及一种生物毒性自动监测仪及监测方法。

背景技术

随着中国经济的飞速发展，人们的生活水平不断提高，对饮用水的水质安全越来越关注。近年来，我国重大水质污染事件频繁发生，对饮用水安全造成了严重威胁。实时监测水中的各种重金属和有机污染物是一种很好预防饮用水受到污染的方法。

目前市场上的各种生物毒性分析仪大多是利用鱼、蚤和其它水生生物在受毒性影响下的生物活性强度来衡量毒性的量。但是采用鱼、蚤和其它水生生物作为指示生物都存在一定的不足，这几种生物都较难饲养，对外部环境的要求高，监测的范围狭窄，而且受到毒性影响的反应灵敏度慢，影响水中毒性的实时监测，长期下来成本较高。与传统方法相比，发光细菌法简便、快速、灵敏、适应性强、重复性好、精度高、费用低，凡有毒性化合物、废水、废弃物均可测定。

对于生物毒性分析仪，我国起步较晚。近年来国内一些厂家才开始研制，如北京中科院的BEWS、福州怡景的BTA、开天源的RTB，国外也只有少数厂家进行了研制和生产，如荷兰Microloan的TOXcontrol在线毒性监测仪、美国哈希LUMIStox300型生物毒性测试仪、以色列checklight的CCB-TOX早期生物预警监控仪等，但上述几种生物毒性分析仪大多是基于鱼类受到毒性侵害的活性强度进行监测，导致结构复杂，安装维护较为困难，并且价格昂贵。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有生物毒性分析仪结构复杂、价格昂贵、维护困难等不足，提供一种结构简单、成本低廉、易于维护的生物毒性自动监测仪及监测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种生物毒性自动监测仪，其包括有一取样单元、一定量单元、一检测单元、一正控液池、一前处理单元、一菌液复苏保存单元、一盐溶液单元及一控制单元；所述取样单元包括有取样注射器和多通阀，所述取样注射器用于从多通阀的取样口抽取试样，所述多通阀在控制单元的控制下将多个阀口之一与取样口相连；所述定量单元包括有第一定量阀和第二定量阀，所述第一定量阀通过管路连接于多通阀与菌液复苏保存单元之间，所述第一定量阀用于执行控制单元的控制指令而定量抽取菌液复苏保存单元之内的菌液，所述第二定量阀通过管路连接于多通阀与正控液池之间，所述第二定量阀用于执行控制单元的控制指令而定量抽取正控液池内的正控液；所述前处理单元包括有稀释池、水样池和参比池，所述稀释池与多通阀通过管路相连；所述检测单元包括有水样注射器和参比注射器，所述水样注射器与水样池通过管路相连，所述参比注射器与参比池通过管路相连，所述水样注射器和参比注射器分别对应有一光电倍增管，两个光电倍增管分别用于检测水样注射器和参比注射器内的微生物的荧光信号，并且将荧光信号转换为电信号而传输至控制单元；所述盐溶液单元包括有盛有盐水的盐水桶和盛有参比水的参比桶，所述盐水桶和参比桶分别通过管路连接于多通阀。

优选地，所述定量单元还包括有第一三通阀和第二三通阀，所述菌液复苏保存单元包括有两个菌液池，所述第二三通阀的端口之一通过管路连接第一定量阀，所述第二三通阀的其他端口分别通过管路连接排液口和第一三通阀的端口之一，所述第一三通阀的其他端口分别通过管路连接于两个菌液池，所述第一三通阀和第二三通阀分别电连接于控制单元，二者执行控制单元的控制指令进行切换，使得第一定量阀交替抽取两个菌液池内的菌液或者使得第一定量阀内的菌液经由排液口排出。

优选地，所述取样单元还包括有水样三通阀、离线水样池和预处理装置，所述水样三通阀的端口之一与离线水样池通过管路相连，所述水样三通阀的其他端口分别通过管路连接多通阀和预处理装置。

优选地，还包括有排液装置，所述排液装置的入水端通过管路分别连接于参比池和稀释池，该排液装置的出水端通过管路连接于排液口。

优选地，还包括有吹气过滤装置，所述吹气过滤装置通过管路分别连接稀释池、水样池、参比池和两个菌液池，该吹气过滤装置用于分别向稀释池、水样池、参比池和两个菌液池内吹入空气。

优选地，所述盐溶液单元还包括废液桶，所述废液桶通过管路连接于水样池。

优选地，所述检测单元、前处理单元和菌液复苏保存单元分别设于三个避光装置之内。

一种基于上述生物毒性自动监测仪的监测方法，该方法包括如下步骤：步骤S1，稀释液配置阶段：所述控制单元启动测试程序，所述多通阀在控制单元的控制下依次切换连接至参比桶和盐水桶，所述取样注射器先后抽取参比水和盐水，并将二者的混合液分别注入稀释池、水样池和参比池，之后所述多通阀切换连接至第二定量阀，所述取样注射器抽取第二定量阀内的正控液后注入水样池，之后所述多通阀切换连接至第一定量阀，所述取样注射器抽取第一定量阀内的菌液后注入稀释池而形成稀释液；步骤S2，菌液适应调节阶段：所述稀释液在稀释池内保持恒温；步骤S3，接触反应阶段：所述多通阀切换连接至稀释池，所述取样注射器抽取稀释液，再以相同剂量分别注入水样池和参比池，令稀释液与水样反应；步骤S4，测试阶段：所述水样注射器抽取水样池之内的水样，所述参比注射器抽取参比池内的参比水，两个光电倍增管分别检测水样和参比水的微生物的荧光信号，并且将荧光信号转换为电信号而传输至控制单元，由控制单元根据水样和参比水的荧光强度计算发光抑制率。

优选地，在所述步骤S1之前还包括清洗阶段：所述多通阀依次切换连接至参比桶和盐水桶，所述取样注射器先后抽取参比水和盐水，并将二者的混合液分别注入稀释池、水样池和参比池，并且对稀释池、水样池和参比池内的混合液吹气进行搅拌清洗。

优选地，所述步骤S2中，所述稀释液在稀释池内以温度为15℃保持5分钟。

本发明公开的生物毒性自动监测仪，通过取样单元、定量单元、检测单元、正控液池、前处理单元、菌液复苏保存单元、盐溶液单元及控制单元实现生物毒性自动化在线监测，该监测仪结构简单，易于实现，具有较低的产品成本，结合其监测方法，可以实现自动清洗、配置稀释液、菌液适应调节、接触反应及测试过程，人工维护的工作量小，而且降低了人工成本。

附图说明

图1为生物毒性自动监测仪的组成框图。

图2为生物毒性自动监测仪的具体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做更加详细的描述。

本发明公开了一种生物毒性自动监测仪，结合图1和图2所示，其包括有一取样单元1、一定量单元2、一检测单元3、一正控液池4、一前处理单元5、一菌液复苏保存单元6、一盐溶液单元7及一控制单元8。其中：

所述取样单元1包括有取样注射器105和多通阀106，所述取样注射器105用于从多通阀106的取样口抽取试样，多通阀106在控制单元8的控制下将多个阀口之一与取样口相连，以便于取样注射器105抽取或者注入试样。进一步地，取样单元1还包括有水样三通阀104、离线水样池103和预处理装置102，所述水样三通阀104的端口之一与离线水样池103通过管路相连，所述水样三通阀104的其他端口分别通过管路连接多通阀106和预处理装置102，所述预处理装置102与外部水样管路相连，用于引入外部水样，通过水样三通阀104的切换动作，当多通阀106与预处理装置102相连通时，此时为在线水样监测模式，当离线水样池103与预处理装置102相连通时，外部水样通过预处理装置102进入离线水样池103，之后切换水样三通阀104，令离线水样池103与多通阀106相连通，此时为离线水样监测模式。

所述定量单元2包括有第一定量阀203和第二定量阀204，所述第一定量阀203通过管路连接于多通阀106与菌液复苏保存单元6之间，所述第一定量阀203用于执行控制单元8的控制指令而定量抽取菌液复苏保存单元6之内的菌液，所述第二定量阀204通过管路连接于多通阀106与正控液池4之间，所述第二定量阀204用于执行控制单元8的控制指令而定量抽取正控液池4内的正控液。在菌液活化复苏过程中，手动将发光细菌冻干粉加入到复苏营养液中，混合均匀后倒入菌液池602，通过控制单元8启动菌种培养程序，调整菌液池内温度至20℃，吹气过滤装置603向菌液池602内通入无菌空气，连续培养16～18h，自动进入菌种保存阶段，温控装置制冷使池内温度降到4℃，菌液池602在此阶段定期通气，直至菌液活化复苏。

作为优选的实施方式，该定量单元2还包括有第一三通阀202和第二三通阀201，所述菌液复苏保存单元6包括有两个菌液池602，所述第二三通阀201的端口之一通过管路连接第一定量阀203，所述第二三通阀201的其他端口分别通过管路连接排液口101和第一三通阀202的端口之一，所述第一三通阀202的其他端口分别通过管路连接于两个菌液池602，使得两个菌液池能够交替使用，实现连续测试，所述第一三通阀202和第二三通阀201分别电连接于控制单元8，二者执行控制单元8的控制指令进行切换，使得第一定量阀203交替抽取两个菌液池602内的菌液或者使得第一定量阀203内的菌液经由排液口101排出，避免菌液再次回到菌液池而对菌液造成污染。

所述前处理单元5包括有稀释池502、水样池503和参比池504，所述稀释池502与多通阀106通过管路相连。

所述检测单元3包括有水样注射器305和参比注射器304，所述水样注射器305与水样池503通过管路相连，所述参比注射器304与参比池504通过管路相连，所述水样注射器305和参比注射器304分别对应有一光电倍增管302，两个光电倍增管302分别用于检测水样注射器305和参比注射器304内的微生物的荧光信号，并且将荧光信号转换为电信号而传输至控制单元8。

所述盐溶液单元7包括有盛有盐水的盐水桶701和盛有参比水的参比桶702，所述盐水桶701和参比桶702分别通过管路连接于多通阀106，所述盐溶液单元7还包括废液桶703，所述废液桶703通过管路连接于水样池503，其用于收集水样池503内剩余的废液。

优选地，还包括有排液装置604，所述排液装置604的入水端通过管路分别连接于参比池504和稀释池502，该排液装置604的出水端通过管路连接于排液口101，该排液装置604用于将稀释池502内的稀释液和参比池504中的参比液等废液由排液口101排出。

为了对稀释池502、水样池503、参比池504和两个菌液池602内的试液进行搅动，还包括有吹气过滤装置603，所述吹气过滤装置603通过管路分别连接稀释池502、水样池503、参比池504和两个菌液池602，该吹气过滤装置603用于分别向稀释池502、水样池503、参比池504和两个菌液池602内吹入空气。

为了避免试液受到光线的影响，所述检测单元3、前处理单元5和菌液复苏保存单元6分别设于三个避光装置9之内，尤其对于检测单元3而言，其内部光电倍增管302必须配置有避光装置，以避免损坏光电倍增管。

为了更好地将上述结构的生物毒性自动监测仪与实际应用相结合，本发明还公开了一种基于该生物毒性自动监测仪的监测方法，该方法包括如下步骤：

首选进行清洗阶段。所述多通阀106依次切换连接至参比桶702和盐水桶701，所述取样注射器105先后抽取参比水和盐水，并将二者的混合液分别注入稀释池502、水样池503和参比池504，并且对稀释池502、水样池503和参比池504内的混合液吹气进行搅拌清洗。清洗完成后依次执行：

步骤S1，稀释液配置阶段。所述控制单元8启动测试程序，所述多通阀106在控制单元8的控制下依次切换连接至参比桶702和盐水桶701，所述取样注射器105先后抽取参比水和盐水，并将二者的混合液分别注入稀释池502、水样池503和参比池504，之后所述多通阀106切换连接至第二定量阀204，所述取样注射器105抽取第二定量阀204内的正控液后注入水样池503，之后所述多通阀106切换连接至第一定量阀203，所述取样注射器105抽取第一定量阀203内的菌液后注入稀释池502而形成稀释液。

步骤S2，菌液适应调节阶段。所述稀释液在稀释池502内保持恒温，优选地，所述稀释液在稀释池502内以温度为15℃保持5分钟。。

步骤S3，接触反应阶段。所述多通阀106切换连接至稀释池502，所述取样注射器105抽取稀释液，再以相同剂量分别注入水样池503和参比池504，令稀释液与水样反应。

步骤S4，测试阶段。所述水样注射器305抽取水样池503之内的水样，所述参比注射器304抽取参比池504内的参比水，两个光电倍增管302分别检测水样和参比水的微生物的荧光信号，并且将荧光信号转换为电信号而传输至控制单元8，由控制单元8根据水样和参比水的荧光强度计算发光抑制率。测试完成后，还可以按照清洗阶段的方式再次进行清洗。

上述生物毒性自动监测仪的整个测试过程为一个半连续测试过程，即每隔一段时间自动抽取水样测试。根据添加试剂的不同和测试用途的差异，仪器中可以采用阴性、阳性、空白阴性、空白阳性、在线水样和离线水样六种不同类型进行测试。

阴性测试，即负控制测试，在测试液配制阶段，前处理单元5中的参比池504和水样池503中均加入参比水，测试管路的一致性和光电测试系统的稳定性。正常情况下，抑制率范围应在-10％～10％。

阳性测试，即正控制测试，在测试液配制阶段，前处理单元5中的水样池503加入正控制液，测试菌液对毒性物质的敏感性。正常情况下，抑制率应不小于50％。

空白阴性测试，也称负控制测试，与阴性测试的区别即添加的参比水不同，需采用去离子水，在待测水样中不含矿物质离子时采用。正常情况下，抑制率范围应在-10％～10％。

空白阳性测试，也称为正控制测试，与阳性测试的区别即添加的参比水不同，需采用去离子水，在待测水样中不含矿物质离子时采用。正常情况下，抑制率应不小于50％。

在线水样测试，水样三通阀104切换至预处理装置101，取样系统抽取现场水样进行测试。

离线水样测试，水样三通阀104切换至离线水样池103，取样系统抽取离线水样进行测试。

本发明公开的生物毒性自动监测仪，通过取样单元1、定量单元2、检测单元3、正控液池4、前处理单元5、菌液复苏保存单元6、盐溶液单元7及控制单元8实现生物毒性自动化在线监测，该监测仪结构简单，易于实现，具有较低的产品成本，结合其监测方法，可以实现自动清洗、配置稀释液、菌液适应调节、接触反应及测试过程，人工维护的工作量小，而且降低了人工成本。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种生物毒性自动监测仪，其特征在于，包括有一取样单元、一定量单元、一检测单元、一正控液池、一前处理单元、一菌液复苏保存单元、一盐溶液单元及一控制单元；

所述取样单元包括有取样注射器和多通阀，所述取样注射器用于从多通阀的取样口抽取试样，所述多通阀在控制单元的控制下将多个阀口之一与取样口相连；

所述定量单元包括有第一定量阀和第二定量阀，所述第一定量阀通过管路连接于多通阀与菌液复苏保存单元之间，所述第一定量阀用于执行控制单元的控制指令而定量抽取菌液复苏保存单元之内的菌液，所述第二定量阀通过管路连接于多通阀与正控液池之间，所述第二定量阀用于执行控制单元的控制指令而定量抽取正控液池内的正控液；

所述前处理单元包括有稀释池、水样池和参比池，所述稀释池与多通阀通过管路相连；

所述检测单元包括有水样注射器和参比注射器，所述水样注射器与水样池通过管路相连，所述参比注射器与参比池通过管路相连，所述水样注射器和参比注射器分别对应有一光电倍增管，两个光电倍增管分别用于检测水样注射器和参比注射器内的微生物的荧光信号，并且将荧光信号转换为电信号而传输至控制单元；

所述盐溶液单元包括有盛有盐水的盐水桶和盛有参比水的参比桶，所述盐水桶和参比桶分别通过管路连接于多通阀；

所述定量单元还包括有第一三通阀和第二三通阀，所述菌液复苏保存单元包括有两个菌液池，所述第二三通阀的端口之一通过管路连接第一定量阀，所述第二三通阀的其他端口分别通过管路连接排液口和第一三通阀的端口之一，所述第一三通阀的其他端口分别通过管路连接于两个菌液池，所述第一三通阀和第二三通阀分别电连接于控制单元，二者执行控制单元的控制指令进行切换，使得第一定量阀交替抽取两个菌液池内的菌液或者使得第一定量阀内的菌液经由排液口排出。

2.如权利要求1所述的生物毒性自动监测仪，其特征在于，所述取样单元还包括有水样三通阀、离线水样池和预处理装置，所述水样三通阀的端口之一与离线水样池通过管路相连，所述水样三通阀的其他端口分别通过管路连接多通阀和预处理装置。

3.如权利要求1所述的生物毒性自动监测仪，其特征在于，还包括有排液装置，所述排液装置的入水端通过管路分别连接于参比池和稀释池，该排液装置的出水端通过管路连接于排液口。

4.如权利要求1所述的生物毒性自动监测仪，其特征在于，还包括有吹气过滤装置，所述吹气过滤装置通过管路分别连接稀释池、水样池、参比池和两个菌液池，该吹气过滤装置用于分别向稀释池、水样池、参比池和两个菌液池内吹入空气。

5.如权利要求1所述的生物毒性自动监测仪，其特征在于，所述盐溶液单元还包括废液桶，所述废液桶通过管路连接于水样池。

6.如权利要求1所述的生物毒性自动监测仪，其特征在于，所述检测单元、前处理单元和菌液复苏保存单元分别设于三个避光装置之内。

7.一种基于权利要求1至6任一所述的生物毒性自动监测仪的监测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤S1，稀释液配置阶段：

所述控制单元启动测试程序，所述多通阀在控制单元的控制下依次切换连接至参比桶和盐水桶，所述取样注射器先后抽取参比水和盐水，并将二者的混合液分别注入稀释池、水样池和参比池，之后所述多通阀切换连接至第二定量阀，所述取样注射器抽取第二定量阀内的正控液后注入水样池，之后所述多通阀切换连接至第一定量阀，所述取样注射器抽取第一定量阀内的菌液后注入稀释池而形成稀释液，所述定量单元还包括有第一三通阀和第二三通阀，所述菌液复苏保存单元包括有两个菌液池，所述第二三通阀的端口之一通过管路连接第一定量阀，所述第二三通阀的其他端口分别通过管路连接排液口和第一三通阀的端口之一，所述第一三通阀的其他端口分别通过管路连接于两个菌液池，所述第一三通阀和第二三通阀分别电连接于控制单元，二者执行控制单元的控制指令进行切换，使得第一定量阀交替抽取两个菌液池内的菌液或者使得第一定量阀内的菌液经由排液口排出；

步骤S2，菌液适应调节阶段：

所述稀释液在稀释池内保持恒温；

步骤S3，接触反应阶段：

所述多通阀切换连接至稀释池，所述取样注射器抽取稀释液，再以相同剂量分别注入水样池和参比池，令稀释液与水样反应；

步骤S4，测试阶段：

所述水样注射器抽取水样池之内的水样，所述参比注射器抽取参比池内的参比水，两个光电倍增管分别检测水样和参比水的微生物的荧光信号，并且将荧光信号转换为电信号而传输至控制单元，由控制单元根据水样和参比水的荧光强度计算发光抑制率。

8.如权利要求7所述的监测方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括清洗阶段：

所述多通阀依次切换连接至参比桶和盐水桶，所述取样注射器先后抽取参比水和盐水，并将二者的混合液分别注入稀释池、水样池和参比池，并且对稀释池、水样池和参比池内的混合液吹气进行搅拌清洗。

9.如权利要求7所述的监测方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述稀释液在稀释池内以温度为15℃保持5分钟。