CN1358231A - 自动水毒性测量设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动水毒性测量设备。更具体地说,本发明涉及一种通过采用在淡水中生存的发光微生物来持续且自动地测量水毒性和污染的设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动水毒性测量设备。更具体地说，本发明涉及一种通过采用在淡水中生存的发光微生物来连续且自动地测量水毒性和污染的设备。
背景技术
采用发光微生物来测量水毒性和污染的方法已经是众所周知的了。当控制光发射的荧光素酶的生化环境条件活化时，发光微生物的发光机构受到影响，从而该微生物的亮度发生改变。由MICROBICS公司商业化的Microtox Assay系统(以下称为MAS)是这样一种设备，该设备采用发光微生物来测量水毒性和污染。该MAS方法根据发光微生物生活在非毒性条件下的亮度来测量出处于毒性状态下的发光微生物所发出的光的亮度。MAS的测量值为EC50，这表示造成亮度降低50％的毒性化学物质的浓度。
但是，由于在MAS系统中采用了海水微生物，所以应该在试验试样中单独地加入与海水等量的盐以使发光微生物的生理功能显现出来，在这种情况中，能与金属和盐反应的化学物质的毒性会被抵消。为此，从MAS中测量出的大部分数据显示了与从其它微生物毒性测量中得到的数据类似的结果，但是在氨或氰化物等毒性化学物质的情况中，从MAS中得到的结果与从其它微生物毒性测量中得到的结果不一致。
另外，为了通过MAS测量出试样的毒性，装在每个小瓶中的冻干的微生物应该一个接一个地再水化，然后与水样混合，并且通过亮度计来测量其亮度。而且，MAS在一种分批操作系统中进行操作，其中要求操作者手动地测量每个单独试样的亮度。因此，为了通过采用MAS方法来连续地测量并观察水的毒性，每一次测量时需要一种装有发光微生物的小瓶，因此需要有操作者操作该毒性测量设备。由于这些问题，所以通过采用迄今所研制出的设备来连续地测量水的毒性是一项非常艰巨的工作。因此，实际上不可能采用迄今为止被开发出的用于测量水毒性的方法来连续地监测水毒性。直到现在，还没有开发出任何用于测量和监测水毒性的自动设备。虽然连续自动地监测水毒性很重要，自动测量方法仍被限制在PH、DO、水位、流速等范围内。有报导说能在一定程度上对几个限定试样的COD和SS进行自动测量和监测。
而且，环境监测系统主要限于大气污染领域。因此，在水领域中，在每个水系中只做过每月的监测，用于测量和监测水污染的自动系统还没有被商业化。
发明概述
因此本发明的目的在于提供一种能够自动地且连续地测量水毒性的设备。
本发明的上述目的可以通过提供这样一种自动水毒性测量设备来实现，该设备包括：
试样供给装置，用于定期并连续地从水系中采集试样，并且把试样输送给发光微生物；
多格板，该板装有发光微生物，其格子的顶部由不透气的薄膜封住；
多格板存放单元，它保存并顺序地提供所述多格板，其中每个格子装有冻干的发光微生物；
用于移动所述多格板的输送装置；
注射针，用于以精确的剂量将试样和试药输送进装有发光微生物的所述多格板中；
传感器，用于在将试样和试药注射进发光微生物再经过一段时间之后探测亮度；以及
控制装置，电子地或机械地控制或调节所述每个装置的自动操作。
另外，本发明的设备还包括温度控制装置，该装置控制和/或保持该设备的内部温度恒定。
本发明的另一个目的在于提供一种多格板，该多格板装有发光微生物，并且其格子的顶部被不透气薄膜封住。
附图的简要说明
通过参照附图来对本发明的优选实施方案进行详细的说明，从而本发明的上述目的和其它优点将变得更加清楚，其中：
图1为本发明的自动水毒性测量设备的前视图。
图2为本发明的自动水毒性测量设备的平面图。
图3为本发明的自动水毒性测量设备的右视图。
图3为本发明的自动水毒性测量设备的左视图。
实施本发明的最佳模式
以下将对本发明的设备进行详细地说明。但是，在下面所说明的自动水毒性测量设备只是用来说明本发明的实施方案，而并不是想限制本发明的范围。
本发明的自动水毒性测量设备的特征在于它包括：
试样供给装置，用于定期并连续地从水系中采集试样，并且把试样输送给发光微生物；
多格板，该板装有发光微生物，其格子的顶部由不透气的薄膜封住；
多格板存放单元，它保存并顺序地提供所述多格板，其中每个格子装有冻干的发光微生物；
用于移动所述多格板的输送装置；
试药存放装置，存放并为注射针提供各种试药；
注射针，用于以精确的剂量将试样和试药输送进装有发光微生物的所述多格板中；
传感器，用于在将试样和试药注射进发光微生物再经过一段时间之后探测亮度；以及
控制装置，电子地或机械地控制或调节所述每个装置的自动操作。
另外，本发明的设备还可以包括优选采用Peltier装置和热辐射板作为温度控制装置的温度控制单元。
所述试样供给装置由循环泵、从水系如河流、小溪、湖泊、沼泽等中采集水样的试样采集部件以及试样供应管构成。所述控制装置每隔预定的时间开始循环泵的操作。然后所述循环泵通过试样供应管从水系中吸入试样。由所述试样供给装置采集的水样在所述循环泵的作用下通过试样供应管被传送进注射针中。在试样供给装置的试样供应管的末端处有用于防止非液态物质进入的过滤器，还有用于形成回流的设备以防止所述过滤器被非液态物质堵塞。
存放并供应装有冻干的发光微生物的多格板的所述多格板存放装置包括：分层存放多个多格板的架子，沿着上下方向移动所述架子的操作装置以及沿着前后方向移动多格板以便取出多格板的输送装置。
本发明的发光微生物最好是从淡水中得到的或通过基因操作制备出的淡水发光微生物。该发光微生物被装入多格板的每一格中，然后被冻干。用氮气净化所述格子，然后用不透气薄膜将该板的前端密封，从而保证微生物的长时间保存。本发明的架子可以存放多个多格板。该架子的操作装置由步进电机和滚珠丝杠构成。该架子由步进电机驱动以沿着上下方向输送多格板，人而可以选择所要求的板。用于多格板的输送装置用来从架子的内部取出板并通过使该板沿着前后方向移动到所要求的位置来将该多格板安装在台上。也就是说，所述输送装置调节多格板的位置，其中试药和测试试样可以通过注射针被精确地注入在所要求的格上，并且传感器可以精确地测量出由装在所要求的格中的微生物发出的光的亮度。所述输送装置由滑轮、安装在其上的皮带以及通过皮带与滑轮相连的步进电机构成，通过由步进电机驱动的皮带的操作，输送装置从架子中取出多格板。
所述注射针包括：吸进水试样和来自试样供给装置和试药存放装置的试药的注射器，以及控制测试试样和试药排出量的活塞操作装置。所述活塞操作装置由步进电机和滚珠丝杠、滑轮以及皮带构成，以通过步进电机的操作来控制活塞的运动。因此，通过本发明的注射器注入的量可以通过控制步进电机而定量地控制在微升以下的程度上。所述注射器的位置可以通过滑轮和安装在其上的皮带、滚珠齿条和步进电机而沿着上/下方向进行调节，从而注射器通过步进电机的操作而被驱动。用于使注射器和传感器沿着左/右方向移动的输送装置由滑轮、步进电机和线性运动(LM)导向件构成，并且注射器和传感器装置在步进电机的作用下沿LM导向件移动。本发明的注射器和传感器被做成一体并安装。因此，该注射器和传感器在同时沿着左/右方向移动。
所述试药存放装置包括一些瓶子，这些瓶子装有各种试药和微生物发光所必须的稀释缓冲剂。
所述传感器装置由测量光降低程度和发光微生物的亮度所必须的传感器和其操作装置构成。优选的是，采用光子倍增管(PMT)作为本发明的传感器。在该设备的门打开的情况中，控制器装置切断PMT工作电源以保证PMT的安全。
本发明的设备还可以包括温度控制装置。本发明的温度控制单元优选采用Peltier装置和热辐射板作为温度控制装置。本发明的设备的内部温度应该被保持在特定的水平上以保证发光反应和微生物和试药的适当存放。由于该设备的内部温度在四季都应该保持持续恒定，所以需要在夏季期间进行冷却并且在冬季期间进行加热。因此，本发明的设备采用了作为一个装置就能对设备内部进行冷却和/或加热的Peltier装置，与空气循环装置一起控制该设备的内部温度。
确保设备内部的温度均匀的该设备的温度调节系统可以使由温度改变引起的测量误差最小化，并且还可以保证微生物的长时间存放。
本发明的设备的控制装置控制着的步进电机，控制每个单元精确位置，将传感器的输出数据转换成可以由计算机识别的数字数据的模拟-数字转换器，各种将电信号转换为机械信号的电磁阀，提供所必须的DC电源的电源，测量该设备的内部温度的温度传感器和/或控制由Peltier装置产生出的热量的电源控制器的操作。
本发明的控制装置包括μ-COM、SRAM、RS232C串行端口、外部传感器以及构成存储装置的SRAM和EEPROM。
本发明的模拟-数字转换器把传感器(PMT)的模拟输出数据转换成能够被计算机识别的数字数据。在PMT传感器和模拟-数字转换器之间安装有自动增益调节装置，以便增强该设备的适用性。也就是说，当PMT输出较弱的时候，自动地增加增益量，并且在PMT输出较强的时候相反，自动地降低增益量以保持适当的增益量。在本发明中，由从所述控制装置产生出的电信号来控制的电磁阀被用来选择地操作循环泵、PMT装置和用于产生回流以防止位于所述试样供应管的端部处的过滤器堵塞的设备。
该设备的步进电机根据输入的脉冲数转动，以精确地控制每个单元的位置，步进电机也由控制装置控制。
在本发明的设备中，采用为个人电脑开发的图形用户界面(GUI)。因此，关于该设备的工作状态的所有信息可以通过计算机的监视屏来进行处理。另外，通过控制装置，自诊断和外部环境改变及其响应的探测是自动进行的，以保证该设备的安全。
本发明的设备可以被远程地控制和/或自动地工作，从而通过使用存放在该设备中的试药和发光微生物来测量水试样的毒性并处理在预定时期内从中获得的数据，而无需操作者的操作。
之后，将参照以下附图对本发明的设备的实施方案进行详细地说明。这些附图只是用于示例性说明本发明，而不是限制本发明的范围。
在本发明的设备的优选实施方案中，测试试样供给装置由循环泵(10)、用来从水系如河流、小溪、湖泊、沼泽等中采集水样的试样采集部件(11)以及试样供应管(12)组成。控制装置每隔一定时间开始循环泵(12)的操作。然后所述循环泵从水系中吸入测试试样。由所述测试试样供给装置采集的水样在所述循环泵(10)的作用下通过试样供应管(12)被传送进注射针中。在所述试样供给装置的试样供应管的端部处有用于防止非液态物质进入的过滤器，而且还有用于产生回流以防止所述过滤器被非液态物质堵塞的设备。
存放并供应装有冻干的发光微生物的多格板的所述多格板(17)存放装置包括：分层存放多个多格板(17)的架子(18)，沿着上/下方向移动所述架子的操作装置(19)，以及沿着前/后方向输送多格板(17)以便取出多格板的输送装置(20)。
本发明的发光微生物最好是从淡水中得到的或者是通过基因操作制备的淡水发光微生物。这些发光微生物被装入多格板的每个格子中，然后被冻干。用氮气净化所述格子，然后用不透气薄膜将该板的前端密封，从而保证微生物的长时间保存。本发明的架子可以存放多个多格板。该架子的操作装置由步进电机和滚珠丝杠构成。该架子由步进电机驱动以沿着上下方向输送多格板，从而可以选择所要求的板。用于多格板的输送装置用来从架子的内部拿出板并通过使该板沿着前后方向移动到所要求的位置来将该多格板安装在台上。也就是说，所述输送装置调节多格板的位置，其中试药和测试试样可以通过注射针被精确地注入所要求的格上，并且其中传感器可以精确地测量出由装在所要求的格中的微生物发出的光的亮度。所述输送装置由滑轮、安装在其上的皮带以及通过皮带与滑轮相连的步进电机构成，通过由步进电机驱动的皮带的操作，输送装置从架子中取出多格板。
所述注射针包括：吸进水测试试样和来自试样供给装置和试药存放装置的试药的注射器(13)，控制测试试样和试药排出的量的活塞操作装置(14)，以及注射器输送装置(15，16)。所述活塞操作装置(14)由步进电机和滚珠丝杠、滑轮和皮带构成以通过步进电机的操作来控制活塞的运动。因此，通过本发明的注射器注入的量可以通过控制步进电机而定量地控制在μ1以下的程度上。所述注射器的位置可以通过装置(15)而沿着上/下方向进行调节，该装置包括滑轮和安装在其上的皮带、滚珠齿条和步进电机，从而注射器的运动通过步进电机的操作被驱动。用于使注射器和传感器沿着左/右方向移动的输送装置(16)由滑轮、步进电机和线性运动(LM)导向件构成，并且注射器和传感器装置在步进电机的作用下沿LM导向件移动。本发明的注射器和传感器被做成一体并安装。因此，该注射器和传感器同时沿着左/右方向移动。
在本发明所采用的发光微生物可以是从合乎要求的淡水中分离出来的淡水发光微生物(Kim，E.-C，T.-D.Byun，K.-J.Park以及K.-H.Lee，1998，采用具有高度增强的灵敏度的发光转换的细菌的毒性实验，第38界韩国微生物学术讨论会和春季全体大会；Park，K.-J.，S.-J.Chun和K.-H.Lee，(1997)，采用发光转换淡水细菌的毒性试验系统的进展，52ndKorean As.Biol.Sci.，Chunbuk大学)。
另外，在本发明的设备中所采用的发光微生物可以采用所有能够在与化学物质接触时发光的发光微生物。这些发光微生物是天然的或是通过基因操作制备的。在本发明的设备中可以采用的各种发光微生物可以从全世界的微生物库中得到。特别是，优选是入藏登记号为KCTC 0730BP的YH9-RC。在韩国专利申请No.2000-010763中详细地披露了在本发明的设备中所采用的合适的发光微生物和其增殖方法。同样，在韩国专利申请No.2000-37709中披露了在本发明的设备中所采用的冻干发光微生物的方法。
为了使本发明的设备成为长时间自动系统，架子存放了大量多格板如384格板。
为了有效地布置大量的板，并且为了使该设备的尺寸最小化，本发明的优选实施方案采用了架子结构，其中可以将6块或更多的384格板层叠在两排中。
在每10分钟测试水样的情况下，测量和监测水毒性一个月需要4320[6×24(小时)×(天)]个装有发光微生物的格子。由于本发明的设备可以存放12块或更多的384格板，所以可以测量4608[384×12]个或更多的水样。剩余的格子[4608-4320＝288]可以用作控制。
因此，每块384格板可以采用24个格子作为控制格子。在本发明的优选实施方案中，在设备中设有12块或更多的384格板。因此，在每10分钟测量水试样的情况下，该设备在一个月内的自动操作是可能的。通过每一个月提供多格板，就可以实现自动连续地进行水毒性监测。
本发明的设备的溶液存放装置存放有瓶子(21)，该瓶子装有试药、发光微生物的激活所必须的稀释溶液。
传感器装置包括传感器(22)和其操作装置，并且测量出光降低程度和从发光微生物中发出的光的亮度。光子倍增管(PMT)适当地被用作传感器装置。本发明的温度控制装置采用两个Peltier装置(23)和热辐射板(24)。工业实用性
本发明的自动水毒性测量设备包括：试验试样供给装置，用来每隔一定时间连续地从水系中采集试验试样并用于把试验试样供应给发光微生物；多格板存放装置，按顺序存放和提供其每个格子都装有冻干的发光微生物的多格板；输送装置，用来按顺序移动所述多块多格板；注射针，用来以精确的剂量将试验试样和试药输送进装有发光微生物的所述多格板中；以及传感器，用来在将试验试样和试药注射进发光微生物过一段时间之后探测亮度；还有控制装置，自动地电子或机械地控制或调节所述每个单元的操作。
通过采用本发明的设备，水系的毒性和污染可以在没有操作者操作的条件下一直被测量直到存放在该设备中的发光微生物被消耗光。
另外，通过定期地提供多格板，从而可以实现自动连续的水毒性监测。
总之，本发明的自动水毒性测量设备适用于用作远程监测水毒性的终端。
虽然参照其具体实施方案已经详细地呈示并描述了本发明，但是那些本领域技术人员应该理解的是，在不脱离附加的权利要求所限定的本发明的精神和范围的条件下可以在形式和细节上在其中做出各种改变。
Claims (14)
1.一种采用发光微生物的自动水毒性测量设备，该设备包括：
试样供给装置，用于定期地连续地从水系中采集试样，并且把试样输送给发光微生物；
多格板，该板装有发光微生物，其格子的顶部由不透气的薄膜封住；
多格板存放单元，它存放并顺序地提供所述多格板，其中每个格子装有冻干的发光微生物；
用于移动所述多格板的输送装置；
试药存放装置，存放并为注射针提供各种试药；
注射针，用于以精确的剂量将试样和试药输送进装有发光微生物的所述多格板中；
传感器，用于在将试样和试药注射进发光微生物再经过一段时间之后探测亮度；以及
控制装置，电子地或机械地控制或调节所述每个装置的自动操作。
2.如权利要求1所述的自动水毒性测量设备，其中所述试样供给装置包括循环泵、采集水样的试样采集部件以及试样供应管。
3.如权利要求1所述的自动水毒性测量设备，其中所述发光微生物为从淡水中取得的淡水发光微生物。
4.如权利要求1所述的自动水毒性测量设备，其中所述发光微生物是由基因操作制备出的淡水发光微生物。
5.如权利要求1所述的自动水毒性测量设备，其中所述多格板存放装置包括：分层存放多个多格板的架子；沿着上/下方向移动架子的架子操作装置；以及沿着前/后方向从所述架子中运送所述板的输送装置。
6.如权利要求1所述的自动水毒性测量设备，其中所述注射针包括：吸进水测试试样和来自试样供给装置和试药存放装置的试药的注射器；通过所述注射器来控制输出量的活塞操作装置；以及用于移动注射器的输送装置。
7.如权利要求1所述的自动水毒性测量设备，还包括用于保持设备的内部温度恒定的温度控制装置。
8.如权利要求1或2所述的自动水毒性测量设备，其中所述试样供给装置的试样供应管的端部包括防止非液态物质进入的过滤器以及产生回流以防止堵塞的设备。
9.一种多格板，该板装有发光微生物，其格子的顶部被不透气薄膜封住。
10.权利要求9所述的多格板，其中所述发光微生物是淡水发光微生物。
11.如权利要求10所述的多格板，其中所述发光微生物是从淡水中分离出的。
12.如权利要求9所述的多格板，其中所述发光微生物是通过基因操作来制备出的。
13.如权利要求9所述的多格板，其中所述发光微生物是冻干的。
14.如权利要求9所述的多格板，其中所述格子被氮气净化。
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