CN1266467C - 城市污水生物毒性在线自动分析仪及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种城市污水生物毒性在线自动分析仪，它包括仪器壳体、连接电控装置的操作面板，其特征是：仪器组装发光菌保温箱、缓冲液箱和清洗箱，发光菌保温箱内放置医用级别容器；在仪器的下部组装精密测试装置，该装置设有固定暗箱，旋转长轴穿入暗箱内，与旋转长轴固接圆板，圆板上组装六个小容器，在暗箱盖上设置滴管接头，通过流通管路连接发光菌保温箱内容器、缓冲液箱和清洗箱；旋转长轴的上端组装使旋转长轴提升的电磁铁，并设置动力传动装置；在暗箱的上方设置有光电探测器。本发明具有的优点是能实现城市污水生物毒性在线检测，操作简单，维护方便，自动化程度高，所以能够得到合理的性能价格比、能适用于较恶劣环境的在线自动监测，利用它可以作为单机使用，也可以充当监测网络系统的前端产品。

Description

城市污水生物毒性在线自动分析仪及其使用方法

技术领域

本发明属于一种城市环保监测领域，特别是一种城市污水生物毒性在线自动分析仪及其使用方法。

背景技术

为了适应环境监测的需要，解决生物毒性监测存在的繁锁、费时、费用高及重复性和灵敏度等方面的问题。国外一直在不断研究改进生物毒性的测试方法，使其快速、灵敏、经济易行。国内也不断引进和完善了一些微生物毒性监测的新技术和新方法。如发光菌毒性试验是近年来国内外在生物急性毒性和遗传毒性监测方面的研究成果。国外从六十年代中期开始研究用发光细菌监测环境污染，到七十年代发展成为比较成熟的测试技术。以美国、英国、苏联、日本、澳大利亚等国家的学者研究应用较多，有的项目已经申请了专利，八十年代以来美国的贝克曼仪器公司在这方面的研究取得了突破性的进展。他们研制了专门的测试仪器和发光细菌试验配套，在应用发光细菌法测定有毒物质的生物毒性方面作了许多成功的研究。使得此法得到很快发展的推广。在此之后，各国学者纷纷采用该法测定生物毒性，评价环境质量。在环境监测、医药卫生、生化分析等领域都得到了应用。近年来，我国学者对发光细菌的研究和应用做了大量工作，研制生产了专门的测试仪器，建立了发光细菌法生物毒性测试系统(LB系统)，为发光菌毒性监测在我国的推广应用打下了基础。

但是上述以往利用发光细菌制作的测试仪器存在以下一些问题：如贝克曼公司生产的专门的测试仪器和发光细菌试验配套，但属于实验室内使用，价格高昂且对环境的要求过于苛刻。北美仪器生产的在线自动分析仪采用的是COD或BOD方法，也只停留在实验室使用的层面上。国内华东师范大学生物系和南京晶体管厂曾生产出利用发光细菌制作的测试仪器，但它是属于手动取样，人工读取数据、断续性测试方式，非在线式的只能在实验室连同冷冻设备组合工作。哈尔滨医科大学公共卫生学院卫生毒理学教研室曾报道生产急性毒性发光细菌传感器和急性毒性快速测定仪，设计一种用明亮发光杆菌与硅光二极管组成的急性毒性细菌发光传感器和流通式微机化快速测定环境污染物急性毒性测定仪，只能实现定性测试的目的，不能实现在线测试功能和对比浓度分析试验判断污水的毒性等级。

发明内容

本发明的目的旨在解决上述的问题，提供一种城市污水生物毒性在线自动分析仪器及其使用方法，实现仪器自动控温，保证测试用发光杆菌在仪器内的冷冻保存和在线活化，自动完成取污水试样和判断毒性级别的相对判断法必需的对比浓度试验，在线式测试并可以作为测试网络的下位机使用，结构简单、成本低。

本发明提供的在线自动分析仪器如下：它包括仪器壳体、连接电控装置的操作面板，其特征是：仪器的上部组装带箱盖的发光菌保温箱、缓冲液箱和清洗箱，发光菌保温箱内放置医用级别容器；在仪器的下部组装精密测试装置，该装置设有固定暗箱，一旋转长轴穿入暗箱内，与旋转长轴固接圆板，圆板上组装六个小容器，各小容器的底端为开口状，在暗箱的底部组装可转动的底盘，其上设置可密封小容器底端的涡状密封塞，在暗箱上盖上设置四个滴管接头，它们分别通过带电磁阀的流通管路连接发光菌保温箱内容器、缓冲液箱和清洗箱；旋转长轴的上端组装使旋转长轴提升的电磁铁，并设置驱动旋转长轴转动的动力传动装置；在暗箱的上方设置有光电探测器，光电探测器上部连接螺杆，螺杆组装在固定螺套上，螺杆上端连接步进电机；在暗箱盖上还通过带电磁阀的流通管路连接污水箱。

在上述的旋转长轴上组装光电开关装置。

在上述的光电探测器上组装光电开关装置。

本发明提供的在线自动分析仪器的使用方法如下：

启动温度控制装置，将暗箱内待测样品环境温度控制在20℃，将储存发光菌的保温箱医用级别容器内环境温度控制在0℃-4℃，将仪器箱体内的环境温度控制在2℃；将发光菌、缓冲液、清水和污水分别装入发光菌保温箱、缓冲液箱、清洗箱和污水箱，在线精密测试装置暗箱内的六个小容器随旋转长轴旋转，按照不同的浓度配比分别向暗箱内的各小容器依次注入发光杆菌、缓冲液、污水三种液体，当测试容器中三种液体混合均匀后，控制光电探测器下降将其下方的小容器套住，进行检测，光电探测器依次测试各个小容器内光强度的变化，将数据存储、显示并上传给上位机，检测完毕后，控制光电探测器上升，提升小容器，放掉测试液体；对小容器注入清水洗涤，提升小容器，放掉其内的液体，以免对下次测量结果产生影响。

本发明具有的优点：能实现城市污水生物毒性在线检测，操作简单，维护方便，自动化程度高，所以能够得到合理的性能价格比、能适用于较恶劣环境的在线自动监测，利用它可以作为单机使用，也可以充当监测网络系统的前端产品。适用于生物、环保、石油化工、食品、仓储等所用带计量的在线监测或分析仪器。

附图说明

图1是本发明的仪器总体结构示意图。

图2是发光菌保温箱的结构示意图。

图3是精密测试装置的结构示意图。

图4是图3的A-A剖视图。

具体实施方式

见图1-4，本发明的技术方案具体内容如下：

在仪器的前面是连接电控装置的操作面板9，在仪器壳体内的上部安装保温箱11、缓冲液箱12和清洗箱14；保温箱11内放置医用级别容器10，医用级别容器10内装有测试用菌，保温箱11上装有带把手的上盖30，保温箱11有两层，中间填充保温材料33，保温箱11内壁贴有珀尔贴片31、散热片32和温度传感器。缓冲液箱12上部有胶管接头13直接伸出到壳体外，可以在外面直接注入缓冲液，缓冲液主要是补充容器内液体体积，以达到不同浓度的目的，缓冲液对发光杆菌的发光强度没有影响。清洗箱14上面有两个胶管接头15、16，直接伸出壳体外，一个接头连接自来水管，另一接头可以定期加入适量的清洗剂。在仪器的下部固定组装暗箱，暗箱内环境温度要求精度较高，暗箱有两层，中间填充保温材料，箱体内壁上贴上珀尔贴片和温度传感器(图中未示出)。在暗箱上盖2上设有探测孔和四个滴管接头27，其中三个滴管接头分别通过带电磁阀的流通管路连接发光菌保温箱内容器11、缓冲液箱12和清洗箱14；流通管路采用环氧乙烷医用输液器，输液器上端的进气结构能够阻止外界细菌侵入医用级别容器10内，避免医用级别容器内的测试用菌受到污染。一旋转长轴8穿入暗箱盖2，圆板28与旋转长轴8固接并同步旋转，六个不锈钢小容器1沿周向联接在个圆板28上，各小容器1的底端为开口状，在暗箱的底部组装可转动的底盘29，其上设置可密封小容器底端的六个涡状聚胺脂密封塞36。在暗箱的的底端还设有排放孔35。旋转长轴8的上端组装使旋转长轴提升的电磁铁19(采用现有技术)。在旋转长轴8的旁侧组装驱动旋转长轴转动的步进电机23和齿轮传动装置26，旋转长轴8上联接有与齿轮传动装置啮合的齿轮25，利用步进电机控制六个不锈钢小容器1随旋转长轴8旋转和精确定位；长轴8上固装带长孔的圆板20，在旁侧组装与之配套的光电开关21，构成控制旋转长轴8的光电开关装置。光电开关装置将光信号转换为电信号，从而控制步进电机23转动，使六个不锈钢小容器1的起始位置都在固定的位置上。这样就可以使注入不锈钢小容器1里的污水浓度有一定的规律性，从而避免由于意外断电或每次重新启动时，测试容器的起始位置可能都不一样，会给整个系统控制造成错误，以致使注入各小容器1的测试样的浓度没有规律性。在暗箱的上方设置有光电探测器5(采用现有技术)，光电探测器5上部连接螺杆7，螺杆7组装在固定螺套6上，螺杆7上端连接步进电机22；在光电探测器5的旁侧组装由金属片4和光电开关3构成的光电开关装置。它的作用是光电探测器5下降到最底端时，光电开关给出一电信号，控制步进电机22反向转动使光电探测器5复位。设在仪器外部的污水箱17通过带电磁阀的管路连接暗箱盖2上的滴管接头27，污水箱17连接潜水泵18。污水箱17的作用是过滤潜水泵排出的城市污水，以防止污水杂质阻塞管路。

本发明工作过程如下：

作为指示生物的发光菌放入保温箱11内的医用级容器10中，由于发光菌存放温度精度要求较高，根据发光杆菌的生物特性得知，温度在2℃，发光菌保持活性并停止生长，因此要使保温箱11内温度始终保持在4℃。当温度高于4℃，温度传感器输出一信号，启动珀尔贴片31制冷，当保温箱11内温度低于4℃时，温度传感器输出一信号，启动珀尔贴片31加热。缓冲液、清洗液和污水分别放入缓冲液箱12、清洗箱14和污水箱17中。

涡状封底在线分析测试的小容器1围绕旋转长轴8旋转，按照不同的浓度配比分别向暗箱内的各小容器1依次注入发光杆菌、缓冲液、污水三种液体，当测试容器中三种液体混合均匀后，控制温度，使温度保持在25℃。以便使测量结果更准确。整个仪器壳体内环境温度要求精度不高，保持在2℃以上即可。当温度低于2℃时，启动珀尔贴片31加热，周围环境温度过高时，启动珀尔贴片31制冷。

电控系统控制步进电机22旋转，通过螺杆7和螺母6的传动，控制光电探测器5下降。光电探测器5下降到最底端时，其下端的套管34从暗箱的探测孔伸入其内，将其下方的不锈钢管小容器1套住，进行检测，暗室内测量小容器1可以被控制转动以保证多个测试样品连续被检测，启动光电探测器5依次测试六个小容器内光强度的变化，将数据存储、显示并上传给上位机，测试历经10分钟，每个测试点存储测试数据20个，检测完毕后，步进电机22反向旋转，通过螺杆螺母转动带动光电探测器5上升，以免测试小容器1旋转时与光电探测器5发生干涉现象。提升小容器1，小容器1底端脱离涡状聚胺脂密封塞36，放掉测试液体；对小容器1注入清水洗涤，放掉其内的液体，以免对下次测量结果产生影响。

污水毒性的污染等级由专用软件包计算后显示以及存储在相应的数据库中。测量数据在工作现场LED显示和存储在单片机的程序内，并且通过485/232转换电路实现串口通讯，把现场数据传送到远程控制室，既可实现单机操作，也可实现联网操作。

发光杆菌发光强度参数与被测物质毒理指标的对应关系，是通过试验建立相关的毒理分析数据库，并采用美国BULICH.A.A提出的发光细菌毒性试验百分位数法等级划分原则进行毒性等级划分。毒性强度的度量指标如下：

(1)相对光强度：相对光强度＝样品光强度/对照光强度×100％

(2)相对抑光率：相对抑光率＝对照光强度-样品光强度/对照光强度×100％

(3)EC50：EC50为使发光强度减少50％的毒物浓度或污水的稀释浓度(或稀释倍数)。

发光细菌试验百分位数法等级划分

EC50或LC50(百分浓度)	毒性级别	等级
			＜25％25-75％75-100％＞100％或求不出EC50	强毒毒微毒无毒	IIIIIIIV

Claims (4)

1、一种城市污水生物毒性在线自动分析仪，它包括仪器壳体、连接电控装置的操作面板，其特征是：仪器的上部组装带箱盖的发光菌保温箱、缓冲液箱和清洗箱，发光菌保温箱内放置医用级别容器；在仪器的下部组装精密测试装置，该装置设有固定暗箱，一旋转长轴穿入暗箱上盖内，在旋转长轴的下部固接圆板，六个小容器沿周向联接在圆板上，各小容器的底端为开口状，在暗箱的底部组装可转动的底盘，其上设置可密封小容器底端的涡状密封塞，在暗箱上盖上设置探测孔和四个滴管接头，其中三个滴管接头分别通过带电磁阀的流通管路连接发光菌保温箱内容器、缓冲液箱和清洗箱；旋转长轴的上端组装使旋转长轴提升的电磁铁，并设置驱动旋转长轴转动的动力传动装置；在暗箱的上方设置有光电探测器，光电探测器上部连接螺杆，螺杆组装在固定螺套上，螺杆上端连接步进电机；污水箱通过带电磁阀的流通管路连接暗箱上盖上的滴管接头。

2、根据权利要求1所述的城市污水生物毒性在线自动分析仪，其特征是：上述的旋转长轴上组装光电开关装置。

3、根据权利要求1所述的城市污水生物毒性在线自动分析仪，其特征是：上述的光电探测器上组装光电开关装置。

4、一种根据权利要求1的城市污水生物毒性在线自动分析仪的使用方法：其特征是：启动温度控制装置，将暗箱内待测样品环境温度控制在20℃，将储存发光菌的保温箱医用级别容器内环境温度控制在0℃-4℃，将仪器箱体内的环境温度控制在2℃；将发光菌、缓冲液、清水和污水分别装入发光菌保温箱、缓冲液箱、清洗箱和污水箱，在线精密测试装置暗箱内的六个小容器随旋转长轴旋转，按照不同的浓度配比分别向暗箱内的各小容器依次注入发光杆菌、缓冲液、污水三种液体，当测试容器中三种液体混合均匀后，控制光电探测器下降将其下方的小容器套住，进行检测，光电探测器依次测试各个小容器内光强度的变化，将数据存储、显示并上传给上位机，检测完毕后，控制光电探测器上升，提升小容器，放掉测试液体；对小容器注入清水洗涤，提升小容器，放掉其内的液体。

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