CN104303055A - 检测和监测水中毒性的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于分析和监测水中毒性的设备。本发明的装置特别地设计用于在同一时间快速确定数个样品中水的毒性，准确度和精确度高。该装置尤其依赖随机接入分析技术，其允许自动和连续分析水样。本发明的设备应用在水源控制和监测领域，以及生态毒理学分析领域。

Description

检测和监测水中毒性的设备和方法
说明
本发明涉及用于分析和监测水中毒性的设备。本发明的装置特别地设计用于在同一时间快速确定数个样品中水的毒性，准确度和精确度高。本发明的设备应用在水源控制和监测领域，以及生态毒理学分析领域。
现有技术状态
水质量的监测在全世界是保护安全性和健康的基本问题。全球非常普遍的用于水毒理学分析的一种技术是Strategic Diagnostics公司以商品名销售的实验室产品。这种系统由光度计构成，用于测量在分析试验前从冻干细菌复水的细菌的生物发光变化。分析试验由专业操作者以全手工模式进行。
就通过自动系统监测水中毒性而言，市面上只能购买到基于流体技术的分析仪。通过细菌性微生物基于流体技术的一些毒性分析仪是microLAN B.V.生产的在线生物监测系统，以及CheckLight有限公司生产的连续污染生物监控仪。总之，样品和发光细菌分别传送，共同引入测量荧光的腔中，用于确定样品毒性作用。紧接此前和此后，发光细菌独立地传送并与对照样品一起引入测量发光用于确定空白的腔中，平行于用于测量样品的腔。空白和样品之间的对比表明了毒性测量。
即使考虑通过自动系统用微藻监测水中毒性，市面上也只能购买到基于流体技术的分析仪。分析仪Algae非常普遍，由bbe-Moldaenke GmbH生产，其中微藻在发酵罐中连续培养。类似于基于细菌底物的流体系统，分析程序基于生物底物在带有空白或样品的测量腔内的液压输送，从空白和样品测量的对比获得结果。监测到的现象是植物毒性干扰物质引起藻类延迟发光，较有名地被称为延迟荧光。
目前生产的一种在线分析仪是AppliTek的Gibson和Jones的专利EP1883808(A2)的商业衍生品。这种专有技术基于使用生物发光细菌监测水中毒性，所述生物发光细菌通过稳定状态条件下运作的生物反应器连续培养。随后，将细菌从生物反应器中取出，使得能够以连续流动模式进行分析。
Jang-cheon Cho等人(Biosensors and bioelectronics(生物传感器和生物电子学),vol.20,nr.2,2004)描述了一种设备，其中使用微孔板中的重组生物发光细菌进行水样的毒性分析。在此文件中描述的设备不是基于随机接入技术(random access technology)(Journal ofAutomatic Chemistry(自动化学杂志),Vol.10,Nr.4(10月-12月1988),p.167-170)。Eberhardkuster等人(Biosensors and bioelectronics,vol.19,nr.12,2004)描述了一种用于通过生物发光细菌费氏弧菌(Vibrio fischeri)测量水样的毒性的设备，这种设备也不是基于随机接入技术，但基于之前已描述过的用于分析仪Algae的流体技术。
现有技术的主要优势
现有技术分析仪的一个主要的限制是不能同时分析数个样品，以及高精确度和高准确度水平地获得同一样品的数个测量。此外，现有技术可获得的分析仪需要时间进行分析，与自来水厂突发污染事件需要的快速干预不兼容。
现有技术存在的自动分析仪基于微生物(藻和细菌)的液压输送，因此会受到交叉污染以及脏污。
发明目的
本发明涉及一种设备，基于随机接入技术和直接读数，以同时连续监测水的质量以及以自动方式分析样品、沥出液和水提物，包括它们的组成部分，该设备与能够确定水中的污染以及检测样品、沥出液和水提取物中污染物的存在的分析方法相关。
本发明的设备应用在控制和监控水源领域，所述水源包括自来水厂和地下水、从工厂进出的工业用途的水、民用和工业预处理和处理后的逆流水、地下水和表面水，包括河流、水源、溪流、渠道、水池、江河、湖泊，也包括海水。类似地，本发明可用在任何来源的样品、沥出液和水提物和/或衍生物包括废弃物、土壤、沉积物和材料的生态毒理学分析领域。
本发明的目的是解决已知技术仍然未解决的数个问题，而这是通过权利要求1限定的设备获得的。
本发明的其它特征限定在相应的从属权利要求中。
本发明的优势
通过克服已知技术提到的问题，本发明包括数个明显的优势：
1.可以连续监控。
2.可以同时取样和处理数十个样品。
3.大大减少采样、准备和测量的时间。
4.完全自主分析，维护了成本和劳动力。
5.实验准确性和精确性更高。
6.几乎实时发送信号，即使是远程突发污染事件，并因此可以及时使监测的水源、水体、逆流物质、出水或自来水厂安全。
7.可以同时评价对细菌和藻类(即原核生物和真核生物)的毒性作用，具有时间实用性、微生物底物稳定性和持续性，所述底物可在25-35天范围内定量。
而使用已知技术的流体技术的设备(分析仪)一次仅能分析一个样品，或只能分析非常有限数目的样品，但本发明的设备能够同时分析大量样品，数目相当于反应盘中的可用位置。因此，还可以同时重复同一样品，用不同的稀释度同时分析同一样品以及同时进行空白的测量和用带有已知毒性的纯化合物和/或实际基质进行校准。
本发明的设备能够每10-30秒分析样品，而流体技术分析每个样品需15-30分钟。
细菌或藻类悬浮液连续通过流动分析仪的整个路径增加了污染和生物污染的风险，特别是在导管和管道中。因此，整个系统在一个样品与另一个样品之间需要一个或多个清洗和灭菌程序，以避免已提到的污染或对后续分析任何类型的干扰。相反，本文描述的设备中，收集针头和反应皿暴露于潜在的污染中，并因此可清洗。这可以保证系统非常高水平的清洁和可靠性。
仅在装有多个检测器(数目等于待同时测量的空白、校准品和样品的数目)时，流体分析仪才可进行空白、校准品和样品同步动力学的测量。但是，假如，毒性作用通过信号减弱或变化(相对于无污染情况下进行的试验观察到的)来计算，在不同时间测量空白、校准品和样品会导致错误，该错误可变得显著。因此，获得的结果与该精确的时间范围内可表示的活性群体的理想代谢作用严格相关。假定其代谢状态具有固有的暂时性，细菌和微藻两者均受到信号变化和灵敏度影响，随着时间流逝，甚至影响非常大。相反，本发明设备可同时进行空白、校准品和样品的动力学测量，甚至以非常短的间隔进行，对于整个希望的时间，例如每10-30秒，其使用一个单生物发光检测器和一个单荧光检测器，因为旋转并相应于要求的检测器放置到位的是反应盘。这导致了至关重要的附加值，这能够平行于实际样品的分析，用具有已知毒性的不同类型的毒性分析物和/或实际基质进行空白和校准的循环。
相对于分析仪AppliTek的本发明的设备目标具有如下额外的优势：
1.通过操作空白和污染物，可以监控一次性小药瓶中包含的生物反应性。在效率损失时，可简单地替换反应性。相反，在设备中，恒化器是发酵罐，管理非常关键，并容易受到外部污染物影响，并且，为了保持以高效方式运作，其需要无数参数的复杂控制，例如微生物的密度、总体积、试剂的添加和移除、曝气和浊度。在简单失效或不方便的污染情况下，发酵循环的再激活是长时间的复杂过程，或至少不如更换小药瓶那么立竿见影。
2.由于难以去除形成的小气泡，这会明显地影响分析测量，流体分析仪的液压系统需要气体捕捉器或类似的系统用于去除这些气泡。
3.连续流体分析仪中的发光或荧光测量时间需要加快，因为生物分析物悬浮于移动的流体中。此外，测量的光子数目根据流动速度而变化。考虑到在本文描述的设备中，读数在稳定条件下进行，这会导致其更强大和可重复。
4.在连续流动的分析仪中，分析灵敏度较低，因为检测器可读取的体积减少。这个问题对于分析仪的类型是生理性的，考虑到，为了增加体积，降低流动速度是至关重要的，随之而来的是液流本身不可接受的不平衡和测量的光子数目会波动。
附图说明
图1.图1是本发明设备的一个实施方式的示意图。
图2.图2是图1所示实施方式发光测量模块8的细节图。
图3.图3图1所示实施方式荧光测量模块9的细节图。
图4.图4是微生物复水模块的一个实施方式的示意图。
图5.图5是用于支持藻溶液的恒温光照反应器的一个实施方式的示意图。
图6.图6显示了如实施例1中描述的通过试验方式获得的苯酚抑制动力学。
图7.图7显示了用图6的数据获得的IC 50的计算。
图8.图8显示了如实施例2中描述的通过试验方式获得的锌抑制动力学。
图9.图9显示了用图8的数据获得的IC 50的计算。
具体实施方式
本发明的一个目标是用于分析和监测水中毒性的设备1，其基于称为随机接入的技术，所述技术描述于Journal of Automatic Chemistry(《自动化学杂志》),Vol.10,Nr.4(10月-12月1988),p.167-170，通过引用纳入本文中，包括：
a)水样储存模块2；
b)水性缓冲液储存模块3；
c)分配模块4；
d)易于容纳反应皿6的反应盘5；
e)所述反应皿6的清洗模块7；
f)布置在所述反应盘5预定位置的一个或多个发光测量模块8和/或荧光模块9。
分配模块4主要是用于收集、转移或添加试剂和样品的模块，其可包括优选具有3个自由度的机械臂，带有电容式液位的传感器，温度可编程的试剂预热，自动内外冲洗的针头，试剂和样品自动预稀释，采样间隔优选3-330微升以及间距0.25-1.00微升。
反应盘5带有外壳，用于包含待分析样品的反应皿6。该盘可布置用于放置大量的比色皿，例如带有不同体积例如500微升的实例50、60、70、80、100。在优选的实施方式中，通过在安装于盘体内的合适通道中循环液体，该盘可以调节反应温度，例如在10-50℃范围内。
反应皿的清洗模块7优选连接至包含清洗溶液并可编程以自动执行操作者要求的清洗和灭菌循环数目的容器。清洗模块将例如置于反应盘周围，并通过垂直转换进入该盘的比色皿。清洗模块优选还是灭菌模块；在此情况下，将使用合适的灭菌溶液。清洗模块7优选包含特定的排水管以排除清洗物。
水样储存模块2包含待分析的样品、沥出液或水提物。在一个实施方式中，该模块经构建以能够放置优选由15个位置处置的至少4个篮以及8个固定的容器，每个篮包含3ml，每个固定的容器包含3ml。
水性缓冲液储存模块3是一隔间，用于储存稀释缓冲液和复水缓冲液，适于使得用于毒理学分析的微生物复水或稀释。在一个实施方式中，该模块优选包括至少两个机动篮，带有用于20-mL小药瓶的16个位置，以及优选至少4个固定的圆柱形50-mL容器。储存模块可包含温控器，用于调节其温度。
设备1可包含一个或多个发光测量模块8和/或荧光测量模块9。
在一个实施方式中，发光测量模块8包括光电倍增管18和光纤束19，布置在所述反应盘5的预定位置。光纤束19在所述反应盘5侧具有矩形截面和基本对应于所述反应皿6的表面的表面，以及在所述光电倍增管18侧具有圆形截面；此实施方式能够获得较好的分析结果，特别是在光纤尺寸在100-150mm2以及优选大约130mm2时。
在一个实施方式中，荧光测量模块9包括波长不同的至少3个激励光源20，相应的检测器21相对于所述光源呈大约90°放置。
在一个实施方式中，设备1包括用于使微生物复水的模块。参考图4，一个优选实施方式中的复水模块基于放置包含冻干微生物的小药瓶的篮11；小药瓶例如可具有大约20-25ml的体积以容许复水缓冲液进入。篮11包含在冷冻罩12内侧，温度受控，例如4℃，其收缩于电动细轴，电动细轴可使小药瓶旋转，用于混合微生物悬液并将其置于橡胶密封塞的提取设备13下面，然后使微生物自动复水。提取设备13可具有棘爪的形状，用于向下转移穿透橡胶塞，以及向上转移将其移除。一旦移除该塞，小药瓶支撑篮11适当地旋转，将小药瓶置于分配模块4下面。分配模块4可接着装上进料管，与微型泵17连接，适于将复水缓冲液从特定容器转移到待复水的小药瓶。
在一个实施方式中，该设备包括用于支撑藻溶液的恒温光照反应器。参考图5，在一个优选的实施方式中，用于支撑藻溶液的恒温光照反应器包括尺寸大的例如由玻璃制成的，体积大约100ml的试管14，其中藻悬液经重构以在此处保持大约30天的时间。玻璃试管插入温度大约25℃的恒温罩内侧。在罩壁上，设有一系列的孔以放置尽量多的LED二极管，以持续照亮溶液。塞子置于试管上端，其上固定一小型发动机用于细轴的旋转，一螺旋混合器收缩于细轴上，需要保持微藻悬浮。从相同的密封塞可以用分配模块上存在的抽吸/分配针头插入试管内侧，用于收集分析所需藻悬液以及周期性地引入保存在试剂隔间的营养液。
恒温光照反应器的存在使得可以利用藻溶液测量毒性物质，例如除草剂、重金属等。必须在受控温度下通过用特定波长照射并每天提供营养物质来保持藻溶液存活。
在一个实施方式中，设备1甚至包括一个或多个比色测量模块10，其布置在所述反应盘5的预定位置。比色测量模块10可包括例如比色计、分光光度计、单色的分光光度计。
在一个实施方式中，设备1甚至包括用于控制不同模块的操作的装置，例如，能够控制所有操作设备的电子平台、与用户界面软件的对话，以及将获得的数据和任何分析或仪器记录的异常通过网络或移动电话远程及时发送信号。所述用于控制操作的装置可包括以全自动形式编程和执行操作者定义的分析循环的软件和硬件，例如，用于执行端点分析、动力学、固定时间、多重标准和与空白样品的差异，在发光和荧光下，甚至能够与比色分光光度测量关联。构成设备的各模块可由带有中央微处理器的系统控制，所述中央微处理器控制分析序列的不同阶段。特别是，各种检测器(分光光度计、色度计、光度计、荧光计)沿反应盘5的周围布置，反应盘5可装有带有步进电机的处理系统，能够将每个比色皿准确地放置在每个检测器前面。
在另一实施方式中，设备1可包括采样模块，其带有用于过滤、UV消化、酸消化、蒸馏、透析、稀释和/或浓缩待分析水样的装置。为了监测或分析进水或排水或来自表面或地下环境水体、填埋场渗滤液或土壤、沉积物和连续材料的水提物，需要采样模块。这些基质中的某些(其中有网络水和污水逆流物质)并不总能直接分析，考虑到它们经过消毒处理，例如氯化、氯胺化、臭氧化和过氧化。例如，溶解自由氯的残余水平通常在0.5-1.0mg/L，此水平被保持以保护饮用水在转移过程中免受细菌污染，该水平必须用合适的移除剂初步去除。
假设在优选但非必须形式下，可用于预处理样品的一个选择是待分析样品的预过滤。对于移除悬浮的固体和一般地易于干扰分析测量的物质，这是有用的。此外，可包括整合模块用于预浓缩样品的装置，其中，需要提高分析灵敏度，因此需要降低可测量毒性阀值。在设备的“实验室”版本中，提供了串联的隔间，其中操作者可放置来自不同采样点的大量样品，并可由操作者预先进行预处理(过滤、蒸馏等)。在“在线”版本中，需要将样品带到分析仪或连续或间歇进行新的分析循环。由于样品物理特征(浊度、存在有机物质等)可能不适合直接将其转移到分析反应器中，因此需要在样品和分析仪之间插入一个或多个采样和预处理模块，制备样品用于后续分析。带有一个或多个描述的模式的经预处理的样品作为许多小源泉流入，以恒定体积溢流，在合适的时候从设备中取出。
在另一实施方式中，设备1包括用于调节水性缓冲液储存模块3和/或反应盘5的温度的装置。冷却可通过在安装于反应盘体特定通道内侧，连续通过于所需温度的冷冻水来达到；冷冻水可以例如由外部冷水机泵取。加热可通过中断冷冻水的循环和用放在反应盘金属体基座上的足够的火电机供应加热带来获得。
在使用生物发光细菌和/或微藻来分析和监测水样毒性的方法中，在上面描述的所有可能实施方式中使用该设备以及所述方法也是本发明的目标。
优选地，根据本发明分析急性毒性的方法提供了属于参照菌株费氏弧菌NRRL B-11177的生物发光细菌的用途。细菌经培养、稳定和冻干，以保证其在合适的盐水缓冲液中复水后继续使用。通过这种方式，它们将可测量生物发光信号和对不同类型的毒性化合物不变的灵敏度保持25-30天，毒性化合物可分成两大宏观类别：有机污染物(其中包括杀虫剂和碳氢化合物)以及无机污染物(其中包括重金属和阴离子例如氰化物)。
优选地，根据本发明快速确定藻毒性的方法提供了微藻的用途，所述微藻优选但非必须地属于莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)的种。细菌经培养、稳定和以原来的方式固定，以保证其在合适的盐水缓冲液中在重悬后继续使用。通过这种方式，它们将可激励和可测量的可变相对荧光(variable relative fluorescence)和对不同类型的毒性化合物不变的灵敏度保持30-35天，所述毒性化合物可分成两大宏观类别：有机污染物(其中包括除草剂)以及无机污染物(其中包括重金属)。
空白和浓度不断增加的样品在预定时间间隔(基本为30秒)的连续测量导致抑制动力学产生，可以获取关于污染物性质和浓度的初步信息，所述污染物影响细菌的生物发光和/或藻的可变相对荧光信号。
使用本发明的设备，还可以用等同或较高浓度的样品即时重复，以证实确定的毒性或在正或负的意义上澄清可疑的毒性。
如之前提到的，通常用以限定急性毒性测量的参数是百分比抑制。它表示样品的存在导致的微生物发出的光的变化，以百分点表示。用水或无毒性基质进行的空白(而非样品)的光发射作为对照值。
对于生物发光细菌，百分比抑制(ICb(t)(％))可如下确定：
ICb(t)(％)＝[1–(RLUS(t)/RLUB(t))]x 100，其中ICb(t)(％)是时间t时由样品S引起的生物发光百分比抑制，RLUS(t)是时间t时样品S的发光测量，以发光相对单位RLU表示，RLUB(t)是空白B在时间t时的发光测量，以发光相对单位RLU表示。
对于微藻：
ICf(t)(％)＝[1–(RVFS(t)/RVFB(t))]x 100，其中ICf(t)(％)是时间t时的百分比抑制，RVFS(t)是样品S在时间t时计算的可变相对荧光的无量纲测量，RVFB(t)是空白B在时间t时计算的可变相对荧光的无量纲测量。
通过离散技术，水样合适地与所述微生物以完全自动模式混合，所述测量站能够测量所述微生物在生物发光和/或荧光下发射的光子，因此，当与所述水样接触后，所述测量站记录了发射光子的数目的显著变化，分析仪及时发送所述水样被污染的信号。
此处描述的方法中添加的物质(反应缓冲液)改变了所述水样的离子力，使得它们对所述微生物等渗。此外，所述反应缓冲液可用以改变至少一种选定离子的离子浓度，更优选地，移除所述进水或排水网络或所述样品、沥出液或水提物在氯化、氯胺化、臭氧化或过氧化后产生的毒性化合物。
所述微生物是储存于分开的隔间的生物发光细菌群和微藻群。所述生物发光细菌和所述微藻每次可串联或平行使用，用于监测水和用于分析所述样品、沥出液或水提物。
更为典型的是，所述微生物经选择，使得其对污染物的灵敏度通过其光子发射能力的明显变化表示。在细菌的情况下，这特别是由于部分或所有考虑的群体的减少或死亡，而在微藻的情况下，这特别是由于对正常的叶绿素光合作用过程的干扰。
在本发明另一实施方式中，可以使用针对特定污染物的存在，光发射增强的细菌。在此情况下，细菌群能够检测生物营养物的存在。
在一个实施方式中，在反应盘5的每个位置，所述微生物(生物发光细菌或微藻)与一种或多种所述水性缓冲液以及一种或多种所述样品、沥出液或水提物结合，以确定所述样品、沥出液或水提物中可能的污染物的存在，并且添加或混合所述微生物、所述水性缓冲液和所述样品、沥出液或水提物的所有操作均通过基于机器人技术的分配模块自动进行。光度计和荧光计连接至反应盘外侧的固定位置；反应盘5自动旋转以轮流将包含所述微生物、所述水性缓冲液和所述样品、沥出液或水提物的每个反应皿放置在光度计或荧光计的高度，以自动测量反应悬液发射的光。在预设时间间隔测量预设时间段后，移除所述反应皿包含的所有悬液，并通过合适的排水管处理掉。使用过的位置通过所述清洗模块自动进行清洗和灭菌。
根据一个实施方式的方法包括以下段落，限定了用于连续分析和监测水样的方法：
i.将来自水源或排水网络或来自天然或人工水体的水样转移到随机接入类型的设备中
ii.使一个或多个小药瓶的微生物复水；
iii.计量置于反应盘上的一个或多个比色皿内的分装水；
iv.以类似加入所述空白比色皿中的分装水的量，或以较少体积的量，然后加入水补充体积，计量置于所述反应盘上的一个或多个比色皿内的分装的所述水样；
v.计量所述空白比色皿和所述样品比色皿内分装的一个或多个水性缓冲液；
vi.计量所述空白比色皿和所述样品比色皿内分装的所述微生物；
vii.在预设时间，对于生物发光和/或荧光下的确定的时间间隔，测量由所述空白比色皿和所述样品比色皿发射的光子；
viii.在所述分装的所述微生物与所述分装的所述水样接触引起光发射明显变化的地方，检测所述水样中污染物的存在；
ix.从所述空白比色皿和所述样品比色皿移除并卸下所述分装的所述微生物、所述分装的所述水性缓冲液、所述分装的水和所述分装的所述水样；
其中所述方法的特征在于，所述分装的所述微生物、所述分装的所述水性缓冲液、所述分装的水和所述分装的所述水样的处理由具有3个自由度优选具有带电容式液位传感器的收集针头的机械臂自动管理。
根据本发明另一实施方式的方法包括以下段落，限定了分批分析方法以检测样品、浸出物和水提物中污染物的存在：
i.将一个或多个样品、沥出液和水提物引入随机接入类型的设备内；
ii.使一个或多个小药瓶的微生物复水；
iii.计量置于反应盘上的一个或多个空白比色皿内的分装水；
iv.以类似加入所述空白比色皿中的分装水的量，或以较少体积的量，然后加入水补充体积，计量置于所述反应盘上的一个或多个样品比色皿内的分装的所述样品、沥出液或水提物；
v.计量所述空白比色皿和所述样品比色皿内分装的一个或多个水性缓冲液；
vi.计量所述空白比色皿和所述样品比色皿内分装的所述微生物；
vii.在预设时间，对于生物发光和/或荧光下的确定的时间间隔，测量由所述空白比色皿和所述样品比色皿发射的光子；
viii.在所述分装的所述微生物与所述分装的所述水样、沥出液或水提物接触引起光发射明显变化的地方，检测所述水样、沥出液或水提物中污染物的存在；
ix.从所述空白比色皿和所述样品比色皿移除并卸下所述分装的所述微生物、所述分装的所述水性缓冲液、所述分装的水和所述分装的所述样品、沥出液或水提物，并从头开始重复上面描述的方法；
其特征在于：
所述分装的所述微生物、所述分装的所述水性缓冲液、所述分装的水和所述分装的所述水样、沥出液或水提物的处理由具有3个自由度优选具有带电容式液位传感器的收集针头的机械臂自动管理。
优选但不是必须地，在上面描述的两种方法中，对于所述样品、沥出液或水提物的每个测量，相关的空白的测量通过添加等量或类似量的水替代样品、沥出液或提取物自身来进行。这是通过基于RA技术的设备的内在潜力达成的，其成功地在数秒内按顺序制备和测量空白和样品。此外，可以将一系列不同稀释度的样品的测量与相同空白的测量关联在一起，以具有最大准确度地确定作用于选定微生物的样品引起的毒性水平，即在确定的时间间隔内，明显减少细菌发光和/或微藻适当激励后发生的荧光的情况所需的样品量。此外，甚至一测量与另一相同空白或样品之间提供的间隔都可准确地编程以执行动力学类型的测量和计算污染物引起细菌发光明显减少和/或藻荧光发射明显改变(即引起可测量的毒性作用)所需的时间。接着，离散技术的使用能够使用户同时以及几乎实时积累污染物的作用时间、浓度和对原核和真核生物两者的毒性作用的相关信息，使得能够在线连续监控相同基质和批量筛选性能高的不同样品、浸出物或提取物。
一般地在细菌试验中，当具有毒性作用的污染物包含于水样中时，可观察到生物发光减少，这种减少定义为百分比抑制。分析结果表示为确定培养时间的IC 50，即在相同的培养时间后引起生物发光减少空白发射的生物发光的50％所需的样品、沥出液或水提物或污染物的浓度。
一般地在藻试验中，当具有毒性作用的污染物包含于水样中时，可观察到可变相对荧光减少，这种减少定义为百分比抑制。分析结果表示为确定培养时间的IC 50，即在相同的培养时间后引起可变相对荧光减少空白发射的可变相对荧光的50％所需的样品、沥出液或水提物或污染物的浓度。
根据本发明的一个优选实施方式，在用于微生物复水和储存的所述模块中，生物发光细菌以冻干形式提供，它们方便地自动复水并保存在保存液中。
根据本发明的一个优选实施方式，在用于微生物复水和储存的所述模块中，微藻以冻干形式提供，它们方便地自动悬浮于合适的水性缓冲液中并保存在保存液中。
根据本发明的另一优选实施方式，生物发光细菌保持在极度缓慢的生长条件下以保持最大水平的分析性能重现性。这是通过将用于微生物复水和储存的所述模块的专用隔间通过制冷电路在4℃冷藏达到的。
根据本发明的另一优选实施方式，微藻保持在最佳生长条件下以保持最大水平的分析性能重现性。这是通过将用于微生物复水和储存的所述模块的专用隔间通过空调电路在24℃进行调节达到的。
实施例
通过本发明目标的设备，实施例中描述的试验根据上面描述的方法之一进行。以下实施例仅为说明性的，它们不限制本发明。
实施例1-苯酚作为对照有机化合物的毒性测量。
将费氏弧菌NRRL B-11177的冻干细菌悬于5ml无菌盐水缓冲液中并用来相对于对照空白，测试11个苯酚标准样品的毒性，所述苯酚的浓度从1ppm增加至25ppm。在16分钟的时间内，每30秒测量每个样品的发光。在分析结束时，自动清洗比色皿并灭菌。整个分析周期，包括清洗，在30分钟内完成。由分析仪计算的IC 50结果是18.5ppm，与文献报道的(13.0-26.0ppm)完全一致。图6左侧显示了动力学发光读数，右侧显示了随苯酚浓度增加的抑制动力学。图7显示了IC 50的计算。
实施例2-锌作为对照重金属的毒性测量。
将按照发明人制定的原始程序制备的费氏弧菌NRRL B-11177的冻干细菌悬于5ml无菌盐水缓冲液中并用来相对于对照空白，测试11个硫酸锌样品的毒性，所述硫酸锌的浓度从1ppm增加至12.5ppm。在16分钟的时间内，每30秒测量每个样品的发光。在分析结束时，自动清洗比色皿并灭菌。整个分析周期，包括清洗，在30分钟内完成。由分析仪计算的IC 50结果是7.5ppm，与文献报道的(3-10ppm)完全一致。图8左侧显示了动力学发光读数，右侧显示了随硫酸锌浓度增加的抑制动力学。图9显示了IC 50的计算。

Claims (13)

1.一种设备(1)，其基于随机接入技术，直接读数用于分析和监测水中毒性，包括：
a)水样储存模块(2)；
b)水性缓冲液储存模块(3)；
c)分配模块(4)；
其特征在于，其包括：
d)易于容纳反应皿(6)的反应盘(5)；
e)所述反应皿(6)的清洗模块(7)；
f)布置在所述反应盘(5)预定位置的一个或多个发光测量模块(8)和/或荧光测量模块(9)。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，包括至少一发光测量模块，其中所述发光测量模块(8)包括安装在所述反应盘(5)预定位置的光电倍增管(18)和光纤束(19)，其中所述光纤束(19)在所述反应盘(5)侧具有矩形截面和基本对应于所述反应皿(6)表面的表面，并在所述光电倍增管(18)侧具有圆形截面。
3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，包括至少一荧光测量模块，其中所述荧光测量模块(9)包括波长不同的至少3个激励光源(20)，各检测器(21)相对于所述光源呈约90°设置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的设备(1)，还包括微生物复水模块(11，12，13)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的设备(1)，还包括用于支持藻溶液的恒温光照反应器(14，15，16)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的设备(1)，还包括采样模块。
7.根据权利要求6所述的设备(1)，其中所述采样模块包括用于过滤、UV消化、酸消化、蒸馏、透析、稀释和/或浓缩水样的装置。
8.根据权利要求1-7任一项所述的设备(1)，还包括设置在所述反应盘(5)预定位置的比色测量模块(10)。
9.根据权利要求1-8任一项所述的设备(1)，还包括用于调节所述水性缓冲液储存模块(3)和/或所述反应盘(5)的温度的装置。
10.根据权利要求4-9任一项所述的设备(1)，其中所述微生物是属于发光菌属、弧菌属、发光杆菌属的细菌和/或属于莱茵衣藻种的微藻。
11.根据权利要求1-10任一项所述的设备(1)，还包括用于控制该设备模块的操作的装置。
12.权利要求1-11任一项的设备在一方法中的用途，所述方法利用生物发光细菌和/或微藻分析和监测水样毒性。
13.连续分析和监测水样的方法，包括以下步骤：
i.将来自水源或排水网络或来自天然或人工水体的水样转移到随机接入类型的设备中；
ii.使一个或多个小药瓶的微生物复水；
iii.计量置于反应盘上的一个或多个比色皿内的分装水；
iv.以类似加入所述空白比色皿中的所述分装水的量，或以较少体积的量，然后加入水补充体积，计量置于所述反应盘上的一个或多个样品比色皿内的所述分装水样；
v.计量所述空白比色皿和所述样品比色皿内分装的一个或多个水性缓冲液；
vi.计量所述空白比色皿和所述样品比色皿内分装的所述微生物；
vii.在预设时间，对于生物发光和/或荧光下的确定的时间间隔，测量由所述空白比色皿和所述样品比色皿发射的光子；
viii.在所述分装的所述微生物与所述分装的所述水样接触引起光发射明显变化的地方，检测所述水样中污染物的存在；
ix.从所述空白比色皿和所述样品比色皿移除并卸下所述分装的所述微生物、所述分装的所述水性缓冲液、所述分装的水和所述分装的所述水样；
其中所述方法的特征在于，所述分装的处理由具有3个自由度的机械臂自主自动地管理。
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