CN108051428A - 一种水质测试方法、装置、在线毒性监测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水质测试方法，包括：对待测试水样进行测试，得到待测试水样的水样测试反应过程曲线以及抑制率；利用毒性物质毒性分级清单确定抑制率对应的毒性等级；利用Freche曲线相似性算法对水样测试反应过程曲线进行曲线形状相似性识别，并依据抑制率从标准毒性物质的反应过程测试曲线数据库中识别出相似度最高的反应过程测试曲线，并将其对应的毒性物质信息作为待测试水样的毒性物质信息；该方法实现了对水质毒性信息的分级分类，解决了现有技术中无法对水质中毒性物质量化的问题；且通过曲线形状相似性识别提高了分级分类的准确性；本发明还公开了一种水质测试装置、在线毒性监测仪及计算机可读存储介质，具有上述有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及水质测试技术领域，特别涉及一种水质测试方法、装置、在 线毒性监测仪及计算机可读存储介质。
背景技术
近年来，全国各类突发性水源污染事故日益增多。此类事故具有 发生、影响和风险的不确定性。如何积极应对突发性水源污染事故目 前已经成为相关部门的重要任务。其中，迅速查明水源污染程度，检 测水是否可供饮用，是做出应急决策的根本依据。
面对可能发生的饮水污染风险，毒物监测是应急处理的关键技术之一。 目前，发光菌综合毒性已得到广泛使用，利用发光菌可以测试水质综合毒性。 可从总体上反映已知和未知有毒物质的单一或联合毒性，能准确反映水环境 中有毒物质危害的实际现状。但是，目前的发光菌毒性监测仪只能反映出水 质综合毒性这一项信息，缺乏相应毒性量化标准，也无法推测出水中所包含 毒性物质相关信息，只适合用于水质预警系统。
水质生物毒性监测仪测试所得的水样测试反应过程曲线，反映水样与发 光菌接触过程中，发光细菌发光量随时间的变化情况，测试时间为15min或 30min，每1分钟读取1次数据。因此，水样测试反应过程曲线实际上是一些离 散的时间(X轴)-发光量(Y轴)数据点。且水质生物毒性监测仪维护周期为 7-10天(即同一发光菌试剂使用时间为7-10天)，因此每次测试时受试体发光 细菌基准发光量不同(100万-2000万)，导致同一水样在不同时间点测试，所 拟合得到的曲线方程系数差别十分的大。利用曲线拟合识别数据库中标准曲线方法，准确度不高。且实际测试过程中，测试曲线分为发光菌恢复适应阶 段和水样测试阶段，水样测试反应过程曲线会因为不同毒性物质的存在呈现 各种曲线突变的情况，曲线拟合度十分低，且过度的拟合反而不能反应出毒 性物质测试反应过程曲线的各种曲线形状规律。
因此，如何实现对水质毒性信息进行分级分类，且提高对水质毒性信息 进行分级分类的准确性，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种水质测试方法、装置、在线毒性监测仪及计算 机可读存储介质，能够提高对水质毒性信息进行分级分类的准确性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种水质测试方法，所述方法包括：
对待测试水样进行测试，得到所述待测试水样的水样测试反应过程曲线 以及抑制率；
利用毒性物质毒性分级清单确定所述抑制率对应的毒性等级；
利用基于离散的Freche曲线相似性算法对所述水样测试反应过程曲线进 行曲线形状相似性识别，并依据所述抑制率从所构建的标准毒性物质的反应 过程测试曲线数据库中识别出相似度最高的反应过程测试曲线；
将所述反应过程测试曲线所对应的毒性物质信息作为所述水样测试反应 过程曲线的毒性物质信息。
可选的，所述将所述反应过程测试曲线所对应的毒性物质信息作为所述 水样测试反应过程曲线的毒性物质信息，包括：
利用毒性物质的单一物质的反应过程测试曲线确定所述水样测试反应过 程曲线所对应的单一毒性物质；
利用毒性物质的同类物质的反应过程测试曲线确定所述水样测试反应过 程曲线所对应的同类毒性物质的种类信息；
利用毒性物质的非同类物质的反应过程测试曲线确定所述水样测试反应 过程曲线所对应的混合毒性物质的种类信息。
可选的，所述方法还包括：
根据所述抑制率，利用单一物质浓度与抑制率对应关系确定所述待测试 水样的单一毒性物质的浓度信息。
可选的，所述毒性物质毒性分级清单的构建方式，包括：
测试毒性敏感物质清单中各毒性敏感物质在不同浓度下的抑制率；其中， 所述毒性敏感物质清单为利用便携式毒性仪和发光菌冻干粉进行测试得到；
利用毒性分级标准以及各所述毒性敏感物质在不同浓度下的抑制率，确 定各所述毒性敏感物质的毒性分级表，全部毒性敏感物质对应的毒性分级表 形成毒性物质毒性分级清单。
可选的，所述标准毒性物质的反应过程测试曲线数据库的构建方式，包 括：
分别获取各所述标准毒性物质对应不同浓度的反应过程测试曲线及对应 抑制率大小；其中，所述标准毒性物质包含单一物质、同类混合物质、非同 类混合物质；
按照测试时间，以时间与发光量对应关系记录各所述标准毒性物质的反 应过程测试曲线各数据点，形成所述标准毒性物质的反应过程测试曲线数据 库。
本发明还提供一种水质测试装置，所述装置包括：
测试模块，用于对待测试水样进行测试，得到所述待测试水样的水样测 试反应过程曲线以及抑制率；
毒性等级确定模块，用于利用毒性物质毒性分级清单确定所述抑制率对 应的毒性等级；
水样测试反应过程曲线识别模块，用于利用基于离散的Freche曲线相似 性算法对所述水样测试反应过程曲线进行曲线形状相似性识别，并依据所述 抑制率从所构建的标准毒性物质的反应过程测试曲线数据库中识别出相似度 最高的反应过程测试曲线；
毒性物质信息确定模块，用于将所述反应过程测试曲线所对应的毒性物 质信息作为所述水样测试反应过程曲线的毒性物质信息。
可选的，所述装置还包括：
浓度确定模块，用于根据所述抑制率，利用单一物质浓度与抑制率对应 关系确定所述待测试水样的单一毒性物质的浓度信息。
可选的，所述装置还包括：
毒性物质毒性分级清单构建模块，用于测试毒性敏感物质清单中各毒性 敏感物质在不同浓度下的抑制率；其中，所述毒性敏感物质清单为利用便携 式毒性仪和发光菌冻干粉进行测试得到；利用毒性分级标准以及各所述毒性 敏感物质在不同浓度下的抑制率，确定各所述毒性敏感物质的毒性分级表， 全部毒性敏感物质对应的毒性分级表形成毒性物质毒性分级清单。
反应过程测试曲线数据库构建模块，用于分别获取各所述标准毒性物质 对应不同浓度的反应过程测试曲线及对应抑制率大小；其中，所述标准毒性 物质包含单一物质、同类混合物质、非同类混合物质；按照测试时间，以时 间与发光量对应关系记录各所述标准毒性物质的反应过程测试曲线各数据 点，形成所述标准毒性物质的反应过程测试曲线数据库。
本发明还提供一种在线毒性监测仪，包括：
水路系统，用于试剂及测试水样抽取；
处理器，用于对待测试水样进行测试，得到所述待测试水样的水样测试 反应过程曲线以及抑制率；利用毒性物质毒性分级清单确定所述抑制率对应 的毒性等级；利用基于离散的Freche曲线相似性算法对所述水样测试反应过 程曲线进行曲线形状相似性识别，并依据所述抑制率从所构建的标准毒性物 质的反应过程测试曲线数据库中识别出相似度最高的反应过程测试曲线；将 所述反应过程测试曲线所对应的毒性物质信息作为所述水样测试反应过程曲 线的毒性物质信息。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存 储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述水质测试 方法的步骤。
本发明所提供的一种水质测试方法，包括：对待测试水样进行测试，得 到待测试水样的水样测试反应过程曲线以及抑制率；利用毒性物质毒性分级 清单确定抑制率对应的毒性等级；利用Freche曲线相似性算法对水样测试反应 过程曲线进行曲线形状相似性识别，并依据抑制率从标准毒性物质的反应过 程测试曲线数据库中识别出相似度最高的反应过程测试曲线；将反应过程测 试曲线所对应的毒性物质信息作为水样测试反应过程曲线的毒性物质信息。
可见，该方法采用Freche曲线相似性算法(即Frechet distance(弗雷歇距离) 算法)直接识别水样测试反应过程曲线(即水样测试各阶段曲线形状)与标 准毒性物质的反应过程测试曲线的类似程度，不需要进行曲线拟合，从而提 高了获取的毒性物质信息的准确性。解决了现有技术中无法准确对水质中毒 性物质量化的问题；且通过曲线形状相似性识别提高了分级分类的准确性； 本发明还公开了一种水质测试装置、在线毒性监测仪及计算机可读存储介质， 具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不 付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的水质测试方法的流程图；
图2为本发明实施例所提供的发光菌冻干粉作为测试受体的CF值随时间 变化的示意图；
图3为本发明实施例所提供的发光菌冻干粉作为测试受体的质控标准溶 液抑制率随时间(连续测试7天)变化的示意图；
图4为本发明实施例所提供的重金属类ZnSO4样品反应过程测试曲线示意 图；
图5为本发明实施例所提供的有机物乙苯样品反应过程测试曲线示意图；
图6为本发明实施例所提供的一种具体的水质测试方法的流程示意图；
图7为本发明实施例所提供的单一毒性物质铜的各种浓度-抑制率曲线示 意图；
图8为本发明实施例所提供的水质测试装置的结构框图；
图9为本发明实施例所提供的在线毒性监测仪的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中发光菌毒性监测仪只能反映出水质综合毒性即抑制率大小这 一项信息；因此现有的水质检测只适用于水质预警系统，无法做出详细的应 急决策。本实施例提供的水质测试方法为了解决上述问题，能够实现水质毒 性信息的分级分类。且利用不同的毒性物质测试反应过程曲线形状变化都有 各自的特点，以此信息来实现对各类毒性物质进行区分，以抑制率的大小来 确定毒性物质浓度及毒性等级，从而提高对水质毒性信息进行分级分类的准 确性。具体请参考图1，图1为本发明实施例所提供的水质测试方法的流程图； 本实施例的执行主体可以是在线毒性监测仪。该方法可以包括：
S100、对待测试水样进行测试，得到所述待测试水样的水样测试反应过 程曲线以及抑制率。
具体的，本实施例并不限定具体获取待测试水样的水样测试反应过程曲 线以及抑制率的方式，只要可以获得待测试水样的水样测试反应过程曲线以 及抑制率即可。后续步骤利用抑制率确定对应的毒性等级；利用水样测试反 应过程曲线确定对应的毒性物质信息。即本实施例并不限定步骤S110和步骤 S120的执行顺序。例如两个步骤可以同时执行。
S110、利用毒性物质毒性分级清单确定所述抑制率对应的毒性等级。
具体的，本实施例并不限定具体的毒性物质毒性分级清单中毒性物质的 种类以及每种毒性物质对应的具体的毒性物质毒性分级清单中毒性分级的数 量，即不限定毒性分级标准。例如用户通过查阅水质资料(如生活饮用水卫 生标准、地表水环境质量标准)确定毒性物质毒性分级清单所包含的毒性物 质的种类，以及每类毒性物质所包含的毒性物质的数量。如重金属、无机非 金属、非农药有机物、农药等种类；其中，重金属又可以包含铜、锌、汞、 铝等。
为了保证所选取的毒性物质的种类可靠、全面，且对应的毒性分级方式 更加标准。可选的，毒性物质毒性分级清单的构建方式可以包括：
测试毒性敏感物质清单中各毒性敏感物质在不同浓度下的抑制率；其中， 所述毒性敏感物质清单为利用便携式毒性仪和发光菌冻干粉进行测试得到；
利用毒性分级标准以及各所述毒性敏感物质在不同浓度下的抑制率，确 定各所述毒性敏感物质的毒性分级表，全部毒性敏感物质对应的毒性分级表 形成毒性物质毒性分级清单。
其中，抑制率即测试受体发光菌与测试样本接触一段时间后，发光菌活 性变化情况。具体计算公式如下：
其中，C0为空白样本0时刻光子度数(发光量)，Ct为空白样本t时刻光 子度数，St为测试样本t时刻光子度数，S0为测试样本0时刻光子度数；其中， 对应的CF值(环境影响因子)即测试受体发光菌与空白样本接触一段时间后， 发光菌活性变化情况。计算公式如下：
其中，毒性敏感物质清单为利用便携式毒性仪和发光菌冻干粉进行测试 得到。本实施例中发光菌冻干粉的性能是符合测试标准的。其性能验证过程 可以如下：首先，参考国际标准ISO11348，选择对环境影响较小的ZnSO4作 为标准毒性物质。采用发光菌冻干粉作为测试受体。测试结果请参考图2和 图3。经过测试发现发光菌冻干粉的CF值在0.8-1.2之间，Zn2+(2.2mg/L) 经过30min测试得到抑制率为60％±10％，即抑制率在20％-80％范围内。因 此该发光菌冻干粉性能符合测试标准。因此，经过便携式毒性仪和发光菌冻 干粉得到的毒性敏感物质清单可靠性高。具体建立毒性敏感物质清单的过程 可以如下：
根据生活饮用水卫生标准GB5749-2006及地表水环境质量标准 GB3838-2002中指标限值标准，设定测试阈值浓度(如物质限值浓度100倍 为阈值)。利用便携式毒性仪对GB5749-2006及GB3838-2002各种指标进行 15min毒性测试。若阈值浓度测试:-20％<抑制率<20％，且反应过程测试曲线 无明显特征，则毒性不敏感；否则毒性敏感。建立如下表1所示的敏感性清 单：
表1毒性敏感物质清单
本实施例并不对上述建立过程中各个阈值参数(如测试阈值浓度、15min 毒性测试、阈值浓度测试：-20<抑制率<20％，且反应过程测试曲线无明显特 征)的数据进行限定。用户可以根据实际情况对各个阈值参数进行设定和修 改。将毒性敏感对应的物质筛选出来形成毒性敏感物质清单。本实施例并不 限定毒性敏感物质清单的保存形式。例如以数据表的形式保存在数据库中。
进一步，为了保证毒性分级方式的标准程度。本实施例中参考相关文献 确定毒性分级标准。具体毒性分级标准可以如表2所示：
表2毒性分级标准表
按照毒性敏感性清单，利用在线式毒性监测仪测试各种毒性敏感物质在 不同浓度下的反应过程测试曲线及抑制率，并参照表2中毒性分级标准进行 毒性分级，即确定毒性敏感物质在各浓度下对应的毒性等级。为每种毒性物 质建立如表3所示的毒性物质的毒性分级表，全部毒性敏感物质对应的毒性 分级表形成毒性物质毒性分级清单。即利用所得的毒性物质毒性作为水样测 试毒性分级标准。
表3锌离子的毒性分级表
通过查询毒性物质毒性分级清单就可以确定待测试水样的抑制率对应的 毒性等级。
S120、利用基于离散的Freche曲线相似性算法对所述水样测试反应过程 曲线进行曲线形状相似性识别，并依据所述抑制率从所构建的标准毒性物质 的反应过程测试曲线数据库中识别出相似度最高的反应过程测试曲线。
S130、将所述反应过程测试曲线所对应的毒性物质信息作为所述水样测 试反应过程曲线的毒性物质信息。
其中，本实施例并不限定具体的毒性物质信息的内容。其内容与反应过 程测试曲线对应的内容相适应。用户可以根据实际的测试需求来确定所需要 的标准毒性物质反应过程测试曲线。即用户可以对标准毒性物质的反应过程 测试曲线数据库中所包含的标准毒性物质反应过程测试曲线种类进行选择， 构建符合各个用户实际情况的标准毒性物质的反应过程测试曲线数据库。例 如用户可以根据实际情况进行修改(例如增加标准毒性物质、减少标准毒性 物质)。毒性物质信息即标准毒性物质可以是多种形式，例如单一物质和混 合物质，其中，混合物质中又可以包含同类混合物质和非同类混合物质。且 本实施例并不限定每种形式下对应的标准毒性物质的反应过程测试曲线的数 量。即不限定所包含的单一物质对应的反应过程测试曲线的数量(与单一物 质的数量和浓度数量有关)，不限定同类物质对应的反应过程测试曲线的数 量(与同类混合物质混合的种类和同类混合物质中每种物质的浓度的种类有 关)，不限定非同类混合物质对应的反应过程测试曲线的数量(与非同类混 合物质混合的种类和非同类混合物质中每种物质的浓度的种类有关)。
综上，本实施例中并不对所构建的标准毒性物质的反应过程测试曲线数 据库中数据量进行限定，一般情况下数据库中所包含的数据越多，得到的最 终的水样测试反应过程曲线对应的毒性物质信息越准确。
具体的，在线毒性仪对待测水样进行测试后。待测水样测试后得到水样 测试反应过程曲线及抑制率。按照所测得抑制率大小，根据利用毒性分级标 准得到的毒性物质毒性分级清单对待测水样进行毒性分级。并利用基于离散 的Freche曲线相似性算法对待测水样的水样测试反应过程曲线进行曲线形状 相似性识别得出相似度最高的反应过程测试曲线，并根据该相似度最高的反 应过程测试曲线对应的毒性物质信息作为待测水样中毒性物质种类及相关信 息。
为了进一步完善对待测水样的信息，提高应急决策的可靠性。可选的，将 所述反应过程测试曲线所对应的毒性物质信息作为所述水样测试反应过程曲 线的毒性物质信息可以包括：
利用毒性物质的单一物质的反应过程测试曲线确定所述水样测试反应过 程曲线所对应的单一毒性物质；
利用毒性物质的同类物质的反应过程测试曲线确定所述水样测试反应过 程曲线所对应的同类毒性物质的种类信息；
利用毒性物质的非同类物质的反应过程测试曲线确定所述水样测试反应 过程曲线所对应的混合毒性物质的种类信息。
具体的，本实施例并不限定具体的单一物质的反应过程测试曲线，同类 物质的反应过程测试曲线以及非同类物质的反应过程测试曲线的确定方式。 例如可以通过试验得到。由于各种反应过程测试曲线的准确性决定了后续分 析结果的准确性。因此可选的，本实施例提供了一种可靠的构建标准毒性物 质的反应过程测试曲线数据库的方式，具体过程如下：
分别获取各所述标准毒性物质对应不同浓度的反应过程测试曲线及对应 抑制率大小；其中，所述标准毒性物质包含单一物质、同类混合物质、非同 类混合物质；
按照测试时间，以时间与发光量对应关系记录各所述标准毒性物质的反 应过程测试曲线各数据点，形成所述标准毒性物质的反应过程测试曲线数据 库。
具体的，获取各种单一物质、同类物质(不同数量的同类物质的组合)、 非同类物质(不同数量的非同类物质的组合)对应不同浓度的标准测试曲线。 按照测试时间，以时间(例如作为X轴)-发光量(例如作为Y轴)记录各个 标准毒性物质对应的反应过程测试曲线各数据点。
以各种标准毒性物质的反应过程测试曲线形状特点，作为标准毒性物质 对应的毒性物质信息的识别信息。包括单一物质的反应过程测试曲线、同类 物质的反应过程测试曲线、非同类物质的反应过程测试曲线。
其中，单一毒性物质的对应的毒性物质信息：水样中具体含有哪种物质 及浓度。
同类毒性物质的种类信息：水样中具有含有哪一类物质，例如重金属类、 或无机盐类。
混合毒性物质的种类信息：水样中具有含有哪些类型物质。例如重金属 类和无机盐类。
其中，本实施例并不限定获取每种分类情况下各毒性物质对应不同浓度 的标准测试曲线的方式。例如可以根据标准实验数据确定；也可以是根据多 次实验数据进行确定(例如取多次实验数据的平均值等)。测试时间可以根 据毒性物质的种类确定，也可以统一规定(例如5分钟)，本实施例对此并 不进行限定。每种分类情况下对应的每一个浓度下都存在其对应的反应过程 测试曲线。将所有的曲线存储在一起。例如可以通过数据库进行存储。也可 以将曲线以及其对应的抑制率作为一组数据进行存储，本实施例对此并不进 行限定。
具体的，当曲线为单一物质的反应过程测试曲线时，分析每种单一毒性 物质在各种浓度下的标准测试曲线的变化规律。例如根据表3中的测试结果 分析同一毒性物质(锌)不同浓度测试曲线变化规律。其规律即为单一毒性 物质分析标准。例如请参考图4和图5，横轴为时间，纵轴为发光量。重金属 类ZnSO4样品测试曲线呈现缓慢下降趋势，而有机物乙苯样品测试曲线呈现 短时间内直线下降后又缓慢回升的趋势。因此，按照曲线形状变化对样品测 试曲线进行标记。测试过程中第5分钟结束后，毒性物质开始与发光菌接触。 测试过程第1-5分钟，属于发光细菌复苏适应阶段，每次测试发光量变化曲线 差别较大，因此从第5分钟开始记录样品的反应过程测试曲线即记录时间(X 轴)-发光量(Y轴)的数据点，以便于后续与待测水样的水样测试反应过程 曲线进行曲线形状相似性识别。利用该方法对所有单一物质的反应过程测试 曲线进行记录，得到单一物质的反应过程测试曲线及对应的数据点作为待测 水样中对应的单一毒性物质的识别标准。
当曲线为同类物质的反应过程测试曲线时，首选确定同一类下各毒性物 质的组合。例如可以将毒性物质分为重金属、无机非金属、农药、非农药有 机物，根据单一毒性物质的反应过程测试曲线的形状及变化，分析同类单一 物质的反应过程测试曲线的形状变化规律。配制同类物质混合溶液并测试， 得到各种同类毒性物质的混合溶液的反应过程测试曲线，分析同类混合物质 的反应过程测试曲线的形状规律(具体的过程可以参考单一毒性物质确定单 一物质的反应过程测试曲线的过程，仅将单一毒性物质水样替换为同类混合 物质的水样)，得到同类混合毒性物质的同类物质的反应过程测试曲线作为 待测水样中同类毒性物质的分类标准。
当曲线为非同类物质的反应过程测试曲线时，首选确定非同一类下各毒 性物质的组合。例如重金属类与农药、重金属类与非农药有机物、农药与非 农药有机物、重金属与无机非金属、农药与无机非金属、非农药有机物与无 机非金属、重金属、农药与非农药有机物、重金属、农药与无机非金属、农 药、非农药有机物及无机非金属、重金属、非农药有机物及无机非金属以及 重金属、农药、非农药有机物及无机非金属等。即配制不同种类毒性物质的 混合溶液，测试不同种类毒性物质的混合溶液的反应过程测试曲线，分析不 同种类毒性物质的混合溶液的反应过程测试曲线的形状变化规律，得到的非 同类物质的反应过程测试曲线作为待测水样中混合类毒性物质的分析标准。
请参考图6，给出了一种具体的水质测试方法的流程示意图。具体过程如 下：首先对待测水样进行测试即图6中的水样测试，可以得到水样测试反应 过程曲线以及水样测试的抑制率。其次，根据测试水样所得抑制率大小，按 照毒性物质毒性分级清单进行分级，即实现水样毒性分级分析。分析水样测 试反应过程曲线，即将其与标准的反应过程测试曲线进行基于离散的Freche 曲线相似性算法的曲线形状相似性识别，根据所识别出相似度最高的反应过 程测试曲线分析待测水样中的具体的毒性物质信息，实现水样毒性分类分析。具体过程为：分别根据单一物质的反应过程测试曲线的形状，对曲线进行识 别，识别待测水样中含有哪种毒性物质。根据同类物质的反应过程测试曲线 的形状，对曲线进行识别，识别待测水样中有哪类物质，甚至是同类的哪几 种毒性物质。根据非同类物质的反应过程测试曲线的形状，对曲线进行识别， 识别待测水样中有哪类混合物，甚至是非同类的哪几种毒性物质。
基于上述技术方案，本发明实施例提供的水质测试方法，该方法能够得 到毒性等级信息还能够得到毒性物质信息(例如包含的具体的毒性物质的种 类等)，即实现了对水质毒性信息的分级分类，解决了现有技术中无法对水 质中毒性物质量化的问题。且采用Freche曲线相似性算法直接识别水样测试 反应过程曲线(即水样测试各阶段曲线形状)与标准毒性物质的反应过程测 试曲线的类似程度，不需要进行曲线拟合，从而提高了获取的毒性物质信息 的准确性，即通过曲线形状相似性识别提高了分级分类的准确性。能够实现为应对突发性水源污染事故提供准确的应急决策。
基于上述实施例，该方法还可以包括：
根据所述抑制率，利用单一物质浓度与抑制率对应关系确定所述待测试 水样的单一毒性物质的浓度信息。
具体的，本实施例并不限定单一物质浓度-抑制率对应关系的获取方式， 例如可以根据上述表3中测试结果做出浓度-抑制率曲线，进行曲线拟合，并计 算出相应EC50值，形成各毒性物质的浓度-抑制率曲线。利用各毒性物质的浓 度-抑制率曲线来表示单一物质浓度-抑制率对应关系。毒性物质的浓度-抑制 率曲线对应的函数作为待测水样中毒性物质浓度计算标准。具体请参考图7， 其对应的EC50＝0.77mg/L。其中，EC50(concentration for 50％of maximal effect， 半最大效应浓度)是指能引起50％抑制率的最大效应的浓度。
进一步，为了在线毒性监测仪能够方便获取毒性物质毒性分级清单、毒 性物质的反应过程测试曲线以及单一物质浓度-抑制率对应关系，可以将上述 所有数据构建于测试软件数据库中形成污染物毒性分级分类数据库。还可以 有用户手动或者自动调阅相关数据，并进一步可以对相应的数据进行更新。 当然数据库中还可以包含毒性敏感物质清单、毒性物质浓度-抑制率曲线及 EC50值，还可以有各种标准毒性物质对应的反应过程测试曲线及数据点。即 本实施例利用便携式及在线式毒性监测仪进行大量污染物指标毒性测试及曲 线测试，以所选标准毒性物质为准，对所得数据及曲线进行分析，建立污染 物毒性分级分类数据库及模型。将该数据库及模型嵌写在线仪器工控机中， 可利用该数据库及模型对未知水样测试结果进行自动数据信息分析，实现水 质毒性信息在线分析收集。
即利用便携式毒性检测仪及发光菌冻干粉试剂盒对生活饮用水卫生标准GB5749-2006及地表水环境质量标准GB3838-2002中重金属、无机非金属、 非农药有机物、农药等进行毒性测试，并根据两项标准中的指标限值设定测 试阈值浓度，依据测试结果筛选出毒性敏感物质，并建立毒性敏感物质清单。 利用在线毒性监测仪对清单上物质进行测试，得到各种物质的浓度-抑制率曲 线、EC50值等。采用所建立毒性分级标准，对毒性物质毒性进行分级，得到 毒性物质毒性分级清单。对各种标准毒性物质的反应过程测试曲线进行分析 到单一物质的反应过程测试曲线及数据点。测试同类及非同类混合物毒性曲 线，分析各种反应过程测试曲线及数据点，建立毒性物质分类算法。将上述 数据进行整理得到污染物毒性分级分类数据库，并将该污染物毒性分级分类 数据库写入在线毒性监测仪中，在线毒性监测仪能够对水样进行智能分析， 给出水中毒性物质的相关测试信息和结果。
进一步，为了便于用户快速的得到毒性等级以及毒性物质信息即待测水 样的毒性物质分级分类信息。还可以将上述信息输出给用户。本实施例并不 限定具体的输出形式，例如可以是通过显示装置(如显示器)等进行输出， 还可以是语音输出等。本实施例也不限定具体的输出内容，用户可以根据实 际需求进行设定。例如可以仅仅输出毒性等级以及毒性物质信息，还可以在 毒性等级以及毒性物质信息的基础上，输出反应过程测试曲线以及抑制率等 具体测试数据。
基于上述技术方案，本发明实施例提供的水质测试方法，利用便携式及 在线式毒性监测仪进行大量污染物指标毒性测试及曲线测试，以所选标准毒 性物质为准，对所得数据及反应过程测试曲线进行分析，建立污染物毒性分 级分类数据库。将该污染物毒性分级分类数据库嵌写在线毒性监测仪(如在 线仪器工控机)中，可利用该污染物毒性分级分类数据库对未知待测水样的 测试结果进行自动数据信息分析，实现水质毒性信息在线分析收集。
下面对本发明实施例提供的水质测试装置、在线毒性监测仪及计算机可 读存储介质进行介绍，下文描述的水质测试装置、在线毒性监测仪及计算机 可读存储介质与上文描述的一种水质测试方法可相互对应参照。
请参考图8，图8为本发明实施例所提供的水质测试装置的结构框图；该 装置可以包括：
测试模块100，用于对待测试水样进行测试，得到所述待测试水样的水样 测试反应过程曲线以及抑制率；
毒性等级确定模块200，用于利用毒性物质毒性分级清单确定所述抑制率 对应的毒性等级；
水样测试反应过程曲线识别模块300，用于利用基于离散的Freche曲线 相似性算法对所述水样测试反应过程曲线进行曲线形状相似性识别，并依据 所述抑制率从所构建的标准毒性物质的反应过程测试曲线数据库中识别出相 似度最高的反应过程测试曲线；
毒性物质信息确定模块400，用于将所述反应过程测试曲线所对应的毒性 物质信息作为所述水样测试反应过程曲线的毒性物质信息。
基于上述实施例，该装置还可以包括：
浓度确定模块，用于根据所述抑制率，利用单一物质浓度与抑制率对应 关系确定所述待测试水样的单一毒性物质的浓度信息。
基于上述任意实施例，该装置还可以包括：
毒性物质毒性分级清单构建模块，用于测试毒性敏感物质清单中各毒性 敏感物质在不同浓度下的抑制率；其中，所述毒性敏感物质清单为利用便携 式毒性仪和发光菌冻干粉进行测试得到；利用毒性分级标准以及各所述毒性 敏感物质在不同浓度下的抑制率，确定各所述毒性敏感物质的毒性分级表， 全部毒性敏感物质对应的毒性分级表形成毒性物质毒性分级清单；
反应过程测试曲线数据库构建模块，用于分别获取各所述标准毒性物质 对应不同浓度的反应过程测试曲线及对应抑制率大小；其中，所述标准毒性 物质包含单一物质、同类混合物质、非同类混合物质；按照测试时间，以时 间与发光量对应关系记录各所述标准毒性物质的反应过程测试曲线各数据 点，形成所述标准毒性物质的反应过程测试曲线数据库。
请参考图9，图9为本发明实施例所提供的在线毒性监测仪的结构框图； 该在线毒性监测仪可以包括：
水路系统500，用于试剂及测试水样抽取；
处理器600，用于对待测试水样进行测试，得到所述待测试水样的水样测 试反应过程曲线以及抑制率；利用毒性物质毒性分级清单确定所述抑制率对 应的毒性等级；利用基于离散的Freche曲线相似性算法对所述水样测试反应 过程曲线进行曲线形状相似性识别，并依据所述抑制率从所构建的标准毒性 物质的反应过程测试曲线数据库中识别出相似度最高的反应过程测试曲线； 将所述反应过程测试曲线所对应的毒性物质信息作为所述水样测试反应过程 曲线的毒性物质信息。
基于上述任意实施例，该在线毒性监测仪还可以包括：
输出部件，用于输出毒性等级以及毒性物质信息。
具体的，输出部件具体可以是显示装置，例如显示器。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上 存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任意实施例所述 的水质测试方法的步骤。
具体的，该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器 (Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory， RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是 与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对 于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的 比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示 例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现， 为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性 地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行， 取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定 的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本 发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、 处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存 储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编 程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任 意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的一种水质测试方法、装置、在线毒性监测仪及计 算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理 及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法 及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离 本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修 饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种水质测试方法，其特征在于，所述方法包括：
对待测试水样进行测试，得到所述待测试水样的水样测试反应过程曲线以及抑制率；
利用毒性物质毒性分级清单确定所述抑制率对应的毒性等级；
利用基于离散的Freche曲线相似性算法对所述水样测试反应过程曲线进行曲线形状相似性识别，并依据所述抑制率从所构建的标准毒性物质的反应过程测试曲线数据库中识别出相似度最高的反应过程测试曲线；
将所述反应过程测试曲线所对应的毒性物质信息作为所述水样测试反应过程曲线的毒性物质信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述反应过程测试曲线所对应的毒性物质信息作为所述水样测试反应过程曲线的毒性物质信息，包括：
利用毒性物质的单一物质的反应过程测试曲线确定所述水样测试反应过程曲线所对应的单一毒性物质；
利用毒性物质的同类物质的反应过程测试曲线确定所述水样测试反应过程曲线所对应的同类毒性物质的种类信息；
利用毒性物质的非同类物质的反应过程测试曲线确定所述水样测试反应过程曲线所对应的混合毒性物质的种类信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述抑制率，利用单一物质浓度与抑制率对应关系确定所述待测试水样的单一毒性物质的浓度信息。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述毒性物质毒性分级清单的构建方式，包括：
测试毒性敏感物质清单中各毒性敏感物质在不同浓度下的抑制率；其中，所述毒性敏感物质清单为利用便携式毒性仪和发光菌冻干粉进行测试得到；
利用毒性分级标准以及各所述毒性敏感物质在不同浓度下的抑制率，确定各所述毒性敏感物质的毒性分级表，全部毒性敏感物质对应的毒性分级表形成毒性物质毒性分级清单。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述标准毒性物质的反应过程测试曲线数据库的构建方式，包括：
分别获取各所述标准毒性物质对应不同浓度的反应过程测试曲线及对应抑制率大小；其中，所述标准毒性物质包含单一物质、同类混合物质、非同类混合物质；
按照测试时间，以时间与发光量对应关系记录各所述标准毒性物质的反应过程测试曲线各数据点，形成所述标准毒性物质的反应过程测试曲线数据库。
6.一种水质测试装置，其特征在于，所述装置包括：
测试模块，用于对待测试水样进行测试，得到所述待测试水样的水样测试反应过程曲线以及抑制率；
毒性等级确定模块，用于利用毒性物质毒性分级清单确定所述抑制率对应的毒性等级；
水样测试反应过程曲线识别模块，用于利用基于离散的Freche曲线相似性算法对所述水样测试反应过程曲线进行曲线形状相似性识别，并依据所述抑制率从所构建的标准毒性物质的反应过程测试曲线数据库中识别出相似度最高的反应过程测试曲线；
毒性物质信息确定模块，用于将所述反应过程测试曲线所对应的毒性物质信息作为所述水样测试反应过程曲线的毒性物质信息。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
浓度确定模块，用于根据所述抑制率，利用单一物质浓度与抑制率对应关系确定所述待测试水样的单一毒性物质的浓度信息。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，还包括：
毒性物质毒性分级清单构建模块，用于测试毒性敏感物质清单中各毒性敏感物质在不同浓度下的抑制率；其中，所述毒性敏感物质清单为利用便携式毒性仪和发光菌冻干粉进行测试得到；利用毒性分级标准以及各所述毒性敏感物质在不同浓度下的抑制率，确定各所述毒性敏感物质的毒性分级表，全部毒性敏感物质对应的毒性分级表形成毒性物质毒性分级清单；
反应过程测试曲线数据库构建模块，用于分别获取各所述标准毒性物质对应不同浓度的反应过程测试曲线及对应抑制率大小；其中，所述标准毒性物质包含单一物质、同类混合物质、非同类混合物质；按照测试时间，以时间与发光量对应关系记录各所述标准毒性物质的反应过程测试曲线各数据点，形成所述标准毒性物质的反应过程测试曲线数据库。
9.一种在线毒性监测仪，其特征在于，包括：
水路系统，用于试剂及测试水样抽取；
处理器，用于对待测试水样进行测试，得到所述待测试水样的水样测试反应过程曲线以及抑制率；利用毒性物质毒性分级清单确定所述抑制率对应的毒性等级；利用基于离散的Freche曲线相似性算法对所述水样测试反应过程曲线进行曲线形状相似性识别，并依据所述抑制率从所构建的标准毒性物质的反应过程测试曲线数据库中识别出相似度最高的反应过程测试曲线；将所述反应过程测试曲线所对应的毒性物质信息作为所述水样测试反应过程曲线的毒性物质信息。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述水质测试方法的步骤。
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|---|---|---|---|---|
| CN114577785A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-06-03 | 杭州春来科技有限公司 | 一种水质毒性检测方法及系统 |
| CN116026892A (zh) * | 2023-03-29 | 2023-04-28 | 河北农业大学 | 水质检测方法、控制终端、水质检测系统及存储介质 |
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| CN104897653A (zh) * | 2015-05-20 | 2015-09-09 | 常州大学 | 一种成组生物毒性检测方法 |
| CN105713952A (zh) * | 2014-12-05 | 2016-06-29 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种油田化学剂的生物毒性评价方法 |
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