CN205786237U - 基于流式细胞术的藻华在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于流式细胞术的藻华在线监测系统，该监测系统包括水样采集装置，该水样采集装置包括多个用于剖面采样开启和关闭的第一控制阀，以及用于控制水样流量的第二控制阀；水样监测装置；数据处理装置，用于对所述原位数据进行处理获得分析数据；控制装置，用于与所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述水样监测装置通信连接。本实用新型不仅能够随时随地对水源中藻类动态进行监测，达到对有害藻华实现早期预警，同时还能保证水样的在线采集，提高监测的机动性。

Description

基于流式细胞术的藻华在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及水中藻类在先监测分析技术领域，尤指一种基于流式细胞术的藻华在线监测系统。

背景技术

水源地是人们生活赖以生存的基本要素之一，其对经济发展起着极其重要的作用。近年来，由于人口增长和经济发展，水库上游及库周边地区的污染剧增，导致水质恶化、水体富营养化加剧。

随着富营养化的加剧，水库蓝藻藻华已经严重威胁到水库的水质安全，也成为舆论关注的焦点。目前已有部分大中型供水水库发生了蓝藻藻华，其中，分布最广、发生频率最高的是微囊藻藻华。高浓度的微囊藻藻华及其毒素对水环境，特别是饮用水源的危害已成为主要的水环境污染之一。蓝藻微囊藻容易在淡水水体中发生藻华，所产生微囊藻毒素对水体环境及人体产生严重危害。因此，国家环保部，水利部对微囊藻的监测越来越重视，并将蓝藻监测列为水质监测中的重要指标之一。

在藻类现有的监测技术领域中，如显微镜法、萃取法、现场荧光法等都无法做到无人值守连续监测；遥感法需要购买数据，受天气影响很大；无线视频监测浮标很难获得可靠的生物数据；而荧光监测浮标又容易受到水体中溶解态有机质和藻密度的影响，无法获得可参考的数据。

流式细胞仪是指，使细胞(或其他粒子)以单个方式依次高速通过激光光束，采集细胞被光照时产生的各种信号，对信号进行处理，并对各参数进行关联分析的一种仪器。它可以快速测量、存贮、显示悬浮在液体中的分散细胞的一系列重要的生物物理、生物化学方面的特征参量，并可以根据预选的参量范 围把指定的细胞亚群从中分选出来。该流式细胞仪器的监测分析一般在实验室内对采集的新鲜液体和悬浮细胞样本，尽快完成样本制备和检测，因此，采集的样本直接关系到监测分析数据的可参考性。

由于浮游植物的群落信息(如生物量)24h内的波动非常大，离散采样的频率需基于一个典型的动态监测位进行高频监测，这样才可以给离散采样的模式提供更多参考信息。

而目前采用流式细胞仪进行监测的方法中，无法保证采集的样本是在线监测的，同时还受环境的限制。因此，为保障供水安全，保持经济发展，预防有害藻华的发生，需针对水源地随时随地监测藻类动态，达到对有害藻华实现早期预警，需设计一种基于流式细胞术的藻华在线监测系统是极其有必要和当务之急的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于流式细胞术的藻华在线监测系统，不仅能够随时随地对水源中藻类动态进行监测，达到对有害藻华实现早期预警，同时还能保证水样的在线采集，提高监测的机动性。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种基于流式细胞术的藻华在线监测系统，包括：

水样采集装置，用于连接待测水样并通过剖面采集水样，所述水样采集装置包括多个用于剖面采样开启和关闭的第一控制阀，以及用于控制水样流量的第二控制阀；

水样监测装置，用于监测采集的水样并获取采集水样的原位数据；

数据处理装置，用于对所述原位数据进行处理获得分析数据；

控制装置，用于与所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述水样监测装置通信连接；

当待测水样在预设条件下时，所述控制装置控制所述第一控制阀和所述第二控制阀处于开启状态进行水样采集，并通过所述水样监测装置进行监测。

本实用新型中将水样采集装置和水样监测装置结合是一种运用自动监测技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件组成的一个综合监测系统，能够实现细胞个体分析与高频自动原位监测相结合。同时实现水样的自动采集和预处理的方法，有效提高监测的机动性。

优选地，所述水样采集装置中还包括与所述第一控制阀连接并用于将水样抽出的第一抽水泵，且所述第一抽水泵与所述控制装置通信连接；

当所述水样采集装置进行采样时，所述第一抽水泵处于开启状态。

本技术方案设置的水样采集装置中还设有第一抽水泵，通过第一抽水泵可以将低处的水输送到高处。由于水样采集装置采用的是剖面采样(是指沿垂直地质体走向的方向进行的系统采样)的方法进行采样，进而通过设置的第一抽水泵可以将不同深度的水源实现采样。

本实用新型还提供了另一种基于流式细胞术的藻华在线监测系统，还包括一与所述水样采集装置连接的蓄水装置，所述蓄水装置包括蓄水箱，所述蓄水箱与用于对采集的水样进行细胞破碎的超声波破碎仪和用于搅拌的搅拌器连通；

所述超声波破碎仪和所述搅拌器均与所述控制装置通信连接；

当获取悬浮在水样中的分散细胞的原始数据时，所述超声波破碎仪和所述搅拌器处于开启状态。

本技术方案中，通过与水样采集装置连接的蓄水装置，可以将采集的水样存储在蓄水装置的蓄水箱内，同时通过设置的超声波破碎仪进行细胞破碎，以及通过搅拌器进行搅拌。进而可以提高对单细胞的生物物理、生物化学方面的特征参量监测的准确率。

优选地，所述蓄水装置和所述水样监测装置均连通一废液池，所述废液池 与所述蓄水箱之间设有第三控制阀，且所述第三控制阀与所述控制装置通信连接；

当所述蓄水箱中采集水样时，所述第三控制阀处于打开状态。

本技术方案中通过一废液池实现与蓄水装置和水样监测装置的连通，可以有效地将采集的水样从中排出，避免采集的水样过多而溢出装置，也可以将采集的水样经监测后排出并进行统一处理，以便将再次采集的水样进行存储。

本实用新型还提供了另一种基于流式细胞术的藻华在线监测系统，还包括所述水样采集装置上还连通一清洗装置，所述清洗装置包括用于存储清洗液的清洗箱，与所述清洗箱连通并用于将清洗液抽出的第二抽水泵，以及与所述第二抽水泵和所述第一控制阀连通，并用于控制清洗液流量的第四控制阀；

所述第二抽水泵和所述第四控制阀均与所述控制装置通信连接；

当对所述水样采集装置和所述水样监测装置清洗时，所述第一控制阀处于关闭状态，所述第二控制阀、第四控制阀，以及所述第二抽水泵处于开启状态。

本技术方案中，通过与水样采集装置连通的清洗装置，实现对水样采集装置和水样监测装置的清洗，同时清洗的时候将第一阀门关闭，其余阀门打开，这样可以避免再有水样进入系统，实现对系统所有连接管道的清洗，避免影响监测分析数据。

本实用新型还提供了一种基于流式细胞术的藻华在线监测的监测方法，包括：

S1在预设条件下剖面采集待测水样；

S2监测采集的水样并获取所述采集水样的原位数据；

S3对所述原位数据进行处理获得分析数据。

本实用新型在预设条件下对待测水样实现高频自动原位监测，保证水样的在线采集，提高监测的机动性。并对监测的原位数据进行处理后得到分析数据，从而根据得到的分析数据，结合参考数据作对比，实现对有害藻华早期预警。

本实用新型还公开了一种基于流式细胞术的藻华在线监测的监测方法，骤S1在预设条件下剖面采集待测水样，在预设条件下包括在预设的时间范围、预设的地点或预设的水源深度范围内进行剖面采集待测水样。S2获取所述待测水样的原位数据；S3对所述原位数据进行处理获得分析数据。

本实用新型经预设的时间、地点以及水源的不同深度所采集的水样进行监测分析，可以对水源进行随时随地连续的采样，并进行监测，提供更多的参考信息，为保证早期预警判断的准确性。

进一步优选地，所述步骤S2获取所述待测水样的原位数据，原位数据包括悬浮在水样中的团体或分散细胞的生物物理、生物化学方面的特征参量获得分析数据。

本实用新型能够获得悬浮在水样中的分散细胞的生物物理、生物化学方面的特征参量的原位数据，由获得的原位数据进行具体的分析统计，进而判断水样中是否存在藻类。

本实用新型还公开了另一种基于流式细胞术的藻华在线监测的监测方法，包括：S1在预设条件下剖面采集待测水样；步骤S1＇对采集的水样存储，并打散和搅拌处理；S2获取所述待测水样的原位数；S3对所述原位数据进行处理获得分析数据。

本技术方法通过对采集水样的打散和搅拌的预处理，可以获得单细胞分析数据，本实用新型可以最大程度的提高监测数据的准确性，为保障供水安全，保持经济发展，预防有害藻华的发生提供可供参看的数据。

优选地，所述步骤S3对所述原位数据进行处理获得分析数据，分析数据通过网络传输至指定网站上显示，并实时更新。

本技术方案中将获得的分析数据通过网络传输至指定网站上显示，这个可实现实时更新，以便专业人员能够随时随地查看，并做出下一步的预防措施。

进一步优选地，本实用新型基于流式细胞术的藻华在线监测的监测方法， 包括：S1在预设条件下剖面采集待测水样；S2获取所述待测水样的原位数据；S3对所述原位数据进行处理获得分析数据。还包括，S4对水样采集和水样监测的装置采用清洁液进行清洗。

本实用新型利用清洁液对水样采集装置和水样监测的装置进行清洗，由于采集的水样中悬浮物容易粘附在装置内壁上，影响再次监测数据的准确性。因此，通过清洗液进行清洗后，可以避免影响再次采集和监测的水样数据，进而避免影响最终获得的分析数据，能够有效地提高每次监测分析所得的数据的准确性。

通过本实用新型提供的一种基于流式细胞术的藻华在线监测方法及监测系统，能够带来以下至少一种有益效果：

1、本实用新型将水样采集装置和水样监测装置结合，使得流式细胞仪技术从实验室走出到野外，可进行更为快捷的藻类检测分析和自动识别。同时建立的剖面水样采集方法和装置又进一步提升了监测的代表性和对整个水源生态系统了解的深入程度，实现藻类的远程、在线、长期监测，提高监测的机动性。

2、本实用新型中通过对采集水样进行打散和搅拌的预处理，进而利用水样监测装置可以对单细胞的生物物理、生物化学方面的特征参量进行实时监测，并由数据处理装置分析出可供参考的数据，进而方便进行下一步的分析判断和预防措施，满足对有害藻华实现早期预警。

3、本实用新型中通过设置的清洗装置，可对整个监测系统进行清洗，保证每次对采集的水样监测并获得的原位数据的准确性，有助于及时预防有害藻华的发生。

4、本实用新型结构简单，处理数据的能够满足实时发布，达到随时随地动态监测水源中藻类的动态，对有害藻类实现真正的早期预警。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种基于流式细胞术的藻华在线监测方法及监测系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型一种基于流式细胞术的藻华在线监测方法的主要步骤示意图；

图2是本实用新型一种基于流式细胞术的藻华在线监测方法的一种具体步骤示意图；

图3是本实用新型一种基于流式细胞术的藻华在线监测方法的另一种具体步骤示意图；

图4是本实用新型一种基于流式细胞术的藻华在线监测装置的连接示意图；

图5是本实用新型一种基于流式细胞术的藻华在线监测装置的一种具体结构示意图；

图6是本实用新型一种基于流式细胞术的藻华在线监测装置的另一种具体结构示意图。

附图标号说明：

水样采集装置100；第一控制阀101；进水管道1011；第二控制阀102；第一抽水泵103；

水样监测装置200；

数据处理装置300；

控制装置400；

蓄水装置500；蓄水箱501；超声波破碎仪502；搅拌器503；

废水池600；第三控制阀601；

清洗装置700；清洗箱701；第二抽水泵702；第四控制阀703。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

为清楚说明，本实用新型附图4-6中的粗实线表示管道的连接，粗虚线表示通信连接。

本实用新型一种基于流式细胞术的藻华在线监测方法主要是利用现有的流式细胞仪进行监测，且将整个系统可搭建在水质监测站及可移动的载体上，为突出本实用新型的关键结构和功能，对于这些结构的连接和安装省略。

具体监测方法实施例一：

图1为本实用新型一种基于流式细胞术的藻华在线监测方法的主要步骤示意图，具体的监测方法包括S1在预设条件下剖面采集待测水样；S2监测采集的水样并获取采集水样的原位数据；S3对所述原位数据进行处理获得分析数据。

本实用新型在预设的条件下运用剖面采集的方法进行待测水样的采集，对采集的水样中团体或分散细胞进行监测，获得采集水样的原位数据，再对原位数据进行处理获得分析数据，不仅能够随时随地对水源中藻类动态进行监测，达到对有害藻华实现早期预警，同时还能保证水样的在线采集，提高监测的机动性。

具体的，本实用新型S1中在预设的条件，具体包括，在预设的时间范围、预设的地点或预设的水源深度范围内进行待测水样的采集。预设的时间范围既是预定一个时间范围，只要在这段时间范围内该监测系统进行采样和监测，并获得分析数据，以供参看，进而判断该水源的是否存在藻类的污染，而其余时间范围内该监测系统可以停止工作，或处于维护状态。预设的地点既是将该系统预设在一个待测的水源中，需对这个地点的水源进行采样和监测时，该系统进入开启状态，反之可以停止工作，或处于维护状态。同样的预设的水源深度范围，可以通过该系统对不同深度的水源进行采样，从而能够实现对不同深度水样进行监测，提高预警的反应能力。

其次，本实用新型在步骤S2获取所述待测水样的原位数据，原位数据包括悬浮在水样中的团体或分散细胞的生物物理、生物化学方面的特征参量获得分析数据。

具体监测方法实施例二：

对上述实施例进行改进，得到一种基于流式细胞术的藻华在线监测方法的具体方法，见图2所示，具体的包括S1在预设条件下剖面采集待测水样；骤S1＇对采集的水样存储，并打散和搅拌处理；S2获取所述待测水样的原位数据；S3对所述原位数据进行处理获得分析数据。

本实用新型将采集待测水样进行存储，存储的目的是进一步的对其进行打散和搅拌预处理，保证采集的水样悬浮，再由水样监测装置获得单细胞分析数据。

具体监测方法实施例三：

对上述实施例进行改进，得到另一种基于流式细胞术的藻华在线监测方法的具体方法，见图3所示，包括S1在预设条件下剖面采集待测水样；S2获取所述待测水样的原位数据；S3对所述原位数据进行处理获得分析数据；S4对水样采集和水样监测的装置采用清洁液进行清洗。

本实用新型中在水样采集和水样监测的装置完成采集和监测后获得分析数据，为保证再次采集水样监测所获得的分析数据的准确性，可以通过清洁液对水样采集和水样监测的装置清洗后再进行下次的水样采集。同时应进一步的说明，分析数据最终是供专业人员查看，进而可以通过分析数据判断水源是否藻类侵害，可以起到预警作用，因此，分析的数据可通过特定软件、网络设置将分析结果在指定网站显示(远程控制的计算机)，并实时更新，以便随时随地查看。

采用前述三个具体监测方法实施例，可以用于监测分析和自动识别水源中藻类的动态，通过实时监测获得藻类的分析数据，与参照数据(即水源无藻类情况的数据)作对比，可以实现藻类的远程、在线、长期监测水中藻类的含量，有效地对水体的富营养进行预警检测。

具体监测装置实施例一：

本实用新型中还提供了一种基于流式细胞术的藻华在线监测装置，见图5所示，该监测装置包括了水样采集装置100，用于连接待测水样并通过剖面采集水样；水样监测装置200，用于监测采集的水样获取采集水样的原位数据；数据处理装置300，用于对所述原位数据进行处理获得分析数据。其中，水样采集装置100包括多个用于剖面采样开启和关闭的第一控制阀101，以及用于控制水样流量的第二控制阀102。

具体运用时，进一步的设置了控制装置400，该控制装置400用于与第一控制阀101、第二控制阀102和水样监测装置200通信连接。这样当待测水样在预设条件下时，设置的控制装置400同时控制第一控制阀101和第二控制阀102处于开启状态，实现水样采集，再通过水样监测装置200对采集的水样进行监测并获得水样的原位数据，最后由数据处理装置300对原位数据进行处理获得分析数据。

在本实用新型的监测装置实施例一中，水样采集装置100中进一步的还包 括用于将水样抽出的第一抽水泵103，且第一抽水泵103一端均通过管道与每个第一控制阀101连通，另一端通过管道与第二控制阀102连通，同时与控制装置400进行通信连接。这样当水样采集装置100进行采样时，控制装置400控制第一抽水泵103处于开启状态，可以通过设置的第一抽水泵103将待测水样经过第一控制阀101从连接的管道输入，并由水样监测装置200进行监测，这样能够提高水样采集装置100的采样效率。

具体监测装置实施例二：

见图6所示，本实用新型中还提供了另一种基于流式细胞术的藻华在线监测装置。具体的，水样采集装置100与水样监测装置200之间连通一蓄水装置500，蓄水装置500包括蓄水箱501，且在蓄水箱501内设有用于对采集的水样进行细胞破碎的超声波破碎仪502和用于搅拌的搅拌器503；同时将超声波破碎仪502和搅拌器503均与控制装置400进行通信连接。这样当需获取悬浮在水样中的分散细胞的原位数据时，控制装置400可以控制超声波破碎仪502和搅拌器503处于开启状态，通过破碎和搅拌后再由水样监测装置200对单细胞进行监测，并获得分析数据。在实际运用是，可以根据监测的原位数据的要求(既对团体细胞监测或对分散细胞监测)可以选择具体监测装置实施例一或二进行监测均可。

本实用新型中提供的基于流式细胞术的藻华在线监测装置与上述监测装置，见图4、5、6所示，优选地，蓄水装置500和水样监测装置200均与一废液池600连通，且废液池600与蓄水箱501之间设有第三控制阀601，同时将第三控制阀600与控制装置400通信连接。这样将蓄水箱501中的采集的水样排出时，控制装置400控制第三控制阀601处于打开状态，当监测到水样全部排干净后，控制第三控制阀601处于关闭状态即可。设置的废水池600可以将采集的水样收集，并进行统一处理，避免造成环境污染。

具体监测装置实施例三：

再次参看图4、5、6所示，本实用新型中提供的基于流式细胞术的藻华在线监测装置，与上述两个具体监测装置实施例的区别在于，水样采集装置100上还连通一清洗装置700。具体的清洗装置700包括用于存储清洗液的清洗箱701，与清洗箱701连通并用于将清洗液抽出的第二抽水泵702，以及与第二抽水泵702和第一控制阀101连通，并用于控制清洗液流量的第四控制阀703。同时将第二抽水泵702和第四控制阀703均与控制装置400进行通信连接。

具体运用时，当对水样采集装置100和水样监测装置200清洗时，控制装置400控制第一控制阀101处于关闭状态，可以避免待测水样继续进入该系统中，同时将第二控制阀102、第四控制阀703，以及第二抽水泵702处于开启状态，这样使得清洁液依次流过水样采集装置100、蓄水装置500和水样监测装置200，最后流入蓄水装置500和水样监测装置200连通的废水池600中。

本实用新型前述三个具体监测装置实施例中的水样采集装置100是通过多个第一控制阀101连接进水管道1011，且通过每个第一控制阀101的开启和关闭，进行剖面采样(是指是沿垂直地质体走向的方向进行的系统采样)的，所以，见图5、6所示，在每个第一控制阀101上连接一进水管道1011，且每根进水管道1011的长度不同，分别从浅至深伸入水中，这样可以在同一水源中对不同水位的水进行采样并监测，提高监测的机动性。当然在其他实施例中可以采用其他结构实现剖面采样均可。

还应进一步说明的是，数据处理装置300和控制装置400可以直接设置在一个计算机内，运用时只需将计算机和流式细胞仪(即水样监测装置200)进行通电，从而通过各自不同的功能发挥其作用，实现对不同水源中藻类的远程、在线、长期的监测。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰 也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于流式细胞术的藻华在线监测系统，其特征在于，包括：

水样采集装置，用于连接待测水样并通过剖面采集水样，所述水样采集装置包括多个用于剖面采样开启和关闭的第一控制阀，以及用于控制水样流量的第二控制阀；

水样监测装置，用于监测采集的水样并获取采集水样的原位数据；

数据处理装置，用于对所述原位数据进行处理获得分析数据；

控制装置，用于与所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述水样监测装置通信连接；

当待测水样在预设条件下时，所述控制装置控制所述第一控制阀和所述第二控制阀处于开启状态进行水样采集，并通过所述水样监测装置进行监测。

2.根据权利要求1所述的基于流式细胞术的藻华在线监测系统，其特征在于：

所述水样采集装置中还包括用于将水样抽出的第一抽水泵，所述第一抽水泵的一端均与每个所述第一控制阀连通，另一端与所述第二控制阀连通，且所述第一抽水泵与所述控制装置通信连接；

当所述水样采集装置进行采样时，所述第一抽水泵处于开启状态。

3.根据权利要求1所述的基于流式细胞术的藻华在线监测系统，其特征在于：

所述水样采集装置与所述水样监测装置之间连通一蓄水装置，所述蓄水装置包括蓄水箱，所述蓄水箱与用于对采集水样进行细胞破碎的超声波破碎仪和用于搅拌的搅拌器连通；

所述超声波破碎仪和所述搅拌器均与所述控制装置通信连接；

当获取悬浮在水样中的分散细胞的原始数据时，所述超声波破碎仪和所 述搅拌器处于开启状态。

4.根据权利要求3所述的基于流式细胞术的藻华在线监测系统，其特征在于：

所述蓄水装置和所述水样监测装置均与一废液池连通，所述废液池与所述蓄水箱之间设有第三控制阀，且所述第三控制阀与所述控制装置通信连接；

当所述蓄水箱中采集水样排出时，所述第三控制阀处于打开状态。

5.根据权利要求1所述的基于流式细胞术的藻华在线监测系统，其特征在于：

所述水样采集装置上还连通一清洗装置，所述清洗装置包括用于存储清洗液的清洗箱，与所述清洗箱连通并用于将清洗液抽出的第二抽水泵，以及与所述第二抽水泵和所述第一控制阀连通，并用于控制清洗液流量的第四控制阀；

所述第二抽水泵和所述第四控制阀均与所述控制装置通信连接；

当对所述水样采集装置和所述水样监测装置清洗时，所述第一控制阀处于关闭状态，所述第二控制阀、第四控制阀，以及所述第二抽水泵处于开启状态。