CN212228922U - 一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体涉及一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，属于环境毒理学领域。本实用新型包括驱动单元、吸附单元、图像采集单元和回收单元；驱动单元由控制器和驱动泵组成；吸附单元作为装置主体包括养殖杯和吸附存储杯；回收单元包括存储杯和逆流管，主要用于回收各处理组暴露液；图像采集单元用于拍摄分析鱼类行为轨迹变化。本实用新型相比传统原位毒性鉴别评估装置实现集成化，并适用于评估和识别非致死毒性环境水样的致毒物质类型，为地表水管理提供了技术支持。

Description

一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置

技术领域

本实用新型具体涉及一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，属于环境毒理学领域。

背景技术

鉴别高污染水体中的关键致毒因子一直是水管理中的关键环节。在众多鉴别方法中，美国环保署(United States Environmental Protection Agency,USEPA)提出了一种毒性鉴别评估(Toxicity Identification&Evaluation,TIE)方法一般适用于具有致死效应的环境样品。TIE方法的基本原理是通过物理化学方法，分离关键致毒因子(一般为溶氧、毒性依赖于pH变化的物质、氨氮、重金属离子、非极性有机物、极性有机物等)，然后通过体内暴露实验筛选出关键致毒因子。TIE的优势主要在两方面，首先TIE可进行原位实验，减少样品运输及前处理带来的损失和污染，并且不同原位TIE转装置可实现对不同媒介(水、沉积物及孔隙水)中关键致毒物质的识别；其次，TIE可识别的关键致毒因子类型广泛，既可包含有机物(极性有机物、非极性有机物)，也可包含无机物(重金属、氨氮)，甚至其他环境因子(温度、溶氧、pH)。然而，在环境中大部分水体的毒效应并非致死，而是慢性毒性，因此需要更为敏感的生物学指标用于鉴定水样是否具有毒效应。生物体在应激反应时，其行为学会一般发生改变，尤其是鱼类，其行为学的改变相比死亡率指标更为敏感，因此将鱼类行为学指标纳入TIE中可以对一些低毒性样品进行评估和鉴别。传统原位TIE一般选择底栖动物或溞类，通过观察其死亡率或麻痹率作为水体毒性水平的评判标准。本实用新型通过改善实验装置，不仅适用于观察底栖动物和溞类，还适用于观察鱼类行为学指标。

实用新型内容

1.要解决的问题

针对现有技术中的原位TIE评估效果不佳的问题，本实用新型提供一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，利用驱动单元调节吸附单元中的水流速度，图像采集单元用于采集吸附单元中的实时图像，回收单元收集养殖杯中溢出的液体，本实用新型将原位TIE与水生动物行为学拍摄结合，解决了现有技术中的原位TIE评估效果不佳的问题。

2.技术方案

为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

本实用新型的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，包括驱动单元、吸附单元、图像采集单元和回收单元；驱动单元设置有驱动泵；吸附单元包括养殖杯和吸附存储杯；养殖杯上方开口，吸附存储杯设置于养殖杯的下部，吸附存储杯与驱动泵相连接；图像采集单元包括图像采集模块和移动模块；图像采集模块通过移动模块设置于吸附单元上方；回收单元包括存储杯和逆流管，存储杯与养殖杯的上部通过溢流管相连接；逆流管的进水口设置于存储杯的上部。

优选地，驱动单元还包括控制器，控制器与驱动泵电连接。

优选地，图像采集单元还包括数据分析模块，数据分析模块与图像采集模块电连接。

优选地，吸附存储杯设置有吸附部件，吸附部件设置于吸附存储杯的进水口。

优选地，吸附存储杯设置有密封圈，密封圈设置于吸附存储杯与养殖杯的连接处。

优选地，养殖杯中设置有实验动物，实验动物包括斑马鱼、底栖动物或溞类中的一种或几种。

优选地，驱动单元和吸附单元之间设置有培养液储存箱，培养液储存箱的进水口与驱动泵相连接，培养液储存箱的出水口与吸附存储杯相连接。

优选地，还包括残液收集箱，存储杯设置于残液收集箱。

优选地，吸附部件与吸附存储杯的进水口之间设置有筛网或玻璃棉，和/或吸附部件与吸附存储杯的出水口之间设置有筛网或玻璃棉。

优选地，还包括支架，支架设置有驱动单元、吸附单元、图像采集单元和回收单元；吸附单元设置有两个及以上，驱动单元与吸附单元对应设置，吸附单元与回收单元的逆流管对应设置。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，测试液体通过驱动泵进入吸附存储杯中，吸附部分特异性物质(有机物/重金属/氨氮)后，再进入上方开口的养殖杯中，从下向上的水流方向可以减少水流纹路，避免影响拍摄效果；将原位TIE的暴露室进行开口化改装，适用于拍摄鱼类行为学；利用可移动地设置于吸附单元上方的图像采集模块对养殖杯中的动物行为学进行拍摄，便于自由调整拍摄角度，使得拍摄效果更好；将原位TIE与水生动物行为学拍摄结合，可对低毒性环境样品中的关键致毒物质进行识别，解决了现有技术中的原位TIE评估效果不佳的问题。

(2)本实用新型的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，驱动单元设置有控制器，可以通过人为改变电压或电流从而调控驱动泵的动力，变更液体泵入吸附单元的速度。

(3)本实用新型的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，图像采集单元还包括数据分析模块，数据分析模块接收并保存图像采集模块拍摄的图像后，可以利用软件分析水生动物行动轨迹及游动速度，进而分析水生动物行为学的改变。

(4)本实用新型的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，吸附存储杯设置有吸附部件和密封圈，多种已知吸附特性的不同吸附部件对暴露液体进行前处理，通过生物体内实验测试其毒性水平，基于此可快速判断原始液体中的关键致毒物质类型；而密封圈起到密封作用，防止液体滴漏。

(5)本实用新型的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，驱动单元和吸附单元之间设置有培养液储存箱，用于临时储存进入吸附单元的液体，提高液体流动性，避免断流现象。

(6)本实用新型的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，还包括残液收集箱，当存储杯中液体过满时，会通过逆流管进入残液收集箱，避免液体外溢。

(7)本实用新型的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，吸附部件与吸附存储杯的进水口或出水口之间设置有筛网或玻璃棉，可以防止吸附部件流失。

(8)本实用新型的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，还包括支架，支架设置有多个吸附单元，多个独立控制电压通道可调节每个暴露室水流速度，与传统TIE装置相比，可以实现同时多通道观察生物毒效应变化。

附图说明

图1为本发明装置整体结构立体示意图；

图2为本发明装置左视图；

图3为本发明装置俯视图；

图4为本发明装置暴露吸附系统剖析图；

图5为本发明装置暴露回收系统示意图；

图6为本发明装置储液系统示意图；

图中：

100、支架；

200、驱动单元；210、控制器；220、驱动泵；

300、吸附单元；310、养殖杯；320、吸附存储杯；330、下堵头；340、吸附部件；350、三通；360、实验动物；370、溢流管；380、密封圈；390、连通管；

400、回收单元；410、存储杯；420、逆流管；

500、图像采集模块；

600、数据分析模块；

700、储液单元；710、培养液储存箱；720、残液收集箱。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步说明。下文中结合具体的示例性实施例详细描述了本实用新型。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本实用新型的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本实用新型或本申请和本实用新型的应用领域。

本实用新型的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，如图1所示，包括驱动单元200、吸附单元300、图像采集单元和回收单元400。本实用新型还设置有支架100，支架100设置有驱动单元200、吸附单元300、图像采集单元和回收单元400。值得说明的是，吸附单元300设置有两个及以上，驱动单元200与吸附单元300对应设置，吸附单元300与回收单元400的逆流管420对应设置，即一个吸附单元300对应一个驱动单元200和一个逆流管420。多个吸附单元300和多个独立控制电压通道可调节每个暴露室的水流速度，与传统TIE装置相比，可以实现同时多通道观察生物毒效应变化。

图像采集单元包括图像采集模块500/移动模块和数据分析模块600，图像采集模块500和数据分析模块600电连接。图像采集模块500通过移动模块设置于吸附单元300上方，可以通过设置于支架100上的移动单元上、下、左、右自由移动，便于调整拍摄角度。图像采集模块500对养殖杯310中的动物行为学进行拍摄后，利用BasedCam v1.0.83.88等软件在电脑中进行成像。数据分析模块600接收并保存图像采集模块500拍摄的图像后，可以利用

System等软件分析水生动物行动轨迹及游动速度，进而分析水生动物行为学的改变。

如图4所示，吸附单元300包括养殖杯310和吸附存储杯320，吸附存储杯320设置于养殖杯310的下部，从下向上的水流方向可以减少水流纹路，避免影响拍摄效果。养殖杯310用于养殖实验动物360，其中，可养殖的实验动物360包括鱼、底栖动物或溞类中的一种或几种。特别地，养殖杯310上方开口，开口化改装适用于拍摄鱼类行为学。吸附存储杯320与驱动泵220通过连通管390相连接，连通管390通过下堵头330安装于吸附存储杯320的底部。吸附存储杯320的进水口可设置吸附部件340，吸附部件340可以起到减缓水流流速的作用。吸附部件340中设置有具有不同吸附特性的吸附材料：针对吸附氨氮可采用无毒沸石，针对吸附重金属可采用TP207树脂材料，针对吸附有机物可采用NDA150或NDA88树脂材料，其他还可选择活性炭、C18等。吸附部件340与吸附存储杯320的进水口或出水口之间设置有筛网或玻璃棉，以避免吸附材料流失。吸附存储杯320设置有密封圈380，密封圈380设置于吸附存储杯320与养殖杯310的连接处，防止液体滴漏。

如图5所示，吸附单元300溢出的液体通过溢流管370进入存储杯410中，溢流管370的进水口设置有三通350。回收单元400包括存储杯410和逆流管420，逆流管420的进水口与存储杯410的上部相连接。当存储杯410中液体过满时，会通过逆流管420排出。

如图2所示，驱动单元200设置有驱动泵220和控制器210，控制器210与驱动泵220通过电路并联连接。控制器210可通过人为改变电压或电流从而调控驱动泵220的动力，变更液体泵入吸附单元300的速度。测试液体通过驱动泵220进入储存有吸附部件340的吸附存储杯320中，吸附部分特异性物质(有机物/重金属/氨氮)后，再进入养殖杯310中，对实验动物360进行暴露实验，同时通过图像采集单元拍摄实验动物360行为学变化。

如图1和图6所示，本实用新型还包括储液单元700，所述储液单元700包括残液收集箱720和培养液储存箱710。残液收集箱720中设置有存储杯410，当存储杯410中液体过满时，会通过逆流管420进入残液收集箱720，避免液体外溢。培养液储存箱710设置于驱动单元200和吸附单元300之间设置，培养液储存箱710的进水口与驱动泵220相连接，出水口与吸附存储杯320相连接。培养液储存箱710用于临时储存进入吸附单元300的液体，提高液体流动性，避免断流现象。为减少该液体受到其他外援物质干扰，培养液储存箱710采用不锈钢铸成。

本实用新型的原理为将经过多种已知吸附特性的不同吸附材料处理后的暴露液体，通过生物体内实验测试其毒性水平，当某种吸附材料处理后的液体毒性降低，则说明该吸附材料可去除原液体中主要致毒物质。基于此可快速判断原始液体中的关键致毒物质类型。本实用新型使用时主要分为以下几个步骤：

(1)吸附材料前处理和填充：针对实验需要选择吸附材料；填充前需对沸石用纯水洗净烘干，树脂材料需用有机溶剂洗净烘干；填充体积和质量可根据暴露时间而定，为防止吸附材料流失，进水口出和出水口处需添加玻璃棉及小孔径筛网进行阻隔；

(2)流速调节：吸附材料填充后，需使用食用级软管将驱动单元200的驱动泵220、吸附单元300和回收单元400相连接；在本实施例中，如图3所示，设置有12个吸附单元300，提前将原始液体缓慢注入吸附单元300，通过调控驱动单元200的控制器210的电流及电压，将各组流速调至一致；

(3)受试动物毒性测试：当吸附单元300中的养殖杯310液体充满时，放入实验动物360，以斑马鱼成鱼为例，并通过图像采集模块500拍摄斑马鱼行为学变化；

(4)关键致毒物质识别：通过观察斑马鱼的死亡率以及通过行为学分析，找到毒性降低显著的处理组；若沸石处理后毒性降低，则主要致毒物质为氨氮；若TP207处理后毒性降低，则主要致毒物质为重金属；若NDA150或NDA88处理后毒性降低，则主要致毒物质为有机物；为进一步分析主要致毒物质类型，可采集原液及暴露回收液进行进一步化学分析。

更具体地，尽管在此已经描述了本实用新型的示例性实施例，但是本实用新型并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本实用新型的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。

Claims (10)

1.一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，其特征在于：包括驱动单元(200)、吸附单元(300)、图像采集单元和回收单元(400)；

所述驱动单元(200)设置有驱动泵(220)；所述吸附单元(300)包括养殖杯(310)和吸附存储杯(320)；所述养殖杯(310)上方开口，所述吸附存储杯(320)设置于养殖杯(310)的下部，所述吸附存储杯(320)与驱动泵(220)相连接；

所述图像采集单元包括图像采集模块(500)和移动模块；所述图像采集模块(500)通过移动模块设置于吸附单元(300)上方；

所述回收单元(400)包括存储杯(410)和逆流管(420)，所述存储杯(410)与养殖杯(310)的上部通过溢流管(370)相连接；所述逆流管(420)的进水口设置于存储杯(410)的上部。

2.根据权利要求1所述的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，其特征在于：所述驱动单元(200)还包括控制器(210)，所述控制器(210)与驱动泵(220)电连接。

3.根据权利要求1所述的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，其特征在于：所述图像采集单元还包括数据分析模块(600)，所述数据分析模块(600)与图像采集模块(500)电连接。

4.根据权利要求1所述的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，其特征在于：所述吸附存储杯(320)设置有吸附部件(340)，所述吸附部件(340)设置于吸附存储杯(320)的进水口。

5.根据权利要求1所述的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，其特征在于：所述吸附存储杯(320)设置有密封圈(380)，所述密封圈(380)设置于吸附存储杯(320)与养殖杯(310)的连接处。

6.根据权利要求1所述的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，其特征在于：所述养殖杯(310)中设置有实验动物(360)，所述实验动物(360)包括鱼、底栖动物或溞类中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，其特征在于：所述驱动单元(200)和吸附单元(300)之间设置有培养液储存箱(710)，所述培养液储存箱(710)的进水口与驱动泵(220)相连接，培养液储存箱(710)的出水口与吸附存储杯(320)相连接。

8.根据权利要求1所述的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，其特征在于：还包括残液收集箱(720)，所述存储杯(410)设置于残液收集箱(720)中。

9.根据权利要求4所述的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，其特征在于：所述吸附部件(340)与吸附存储杯(320)的进水口之间设置有筛网或玻璃棉，和/或

所述吸附部件(340)与吸附存储杯(320)的出水口之间设置有筛网或玻璃棉。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种评估低毒性环境样品的原位毒性鉴别评估装置，其特征在于：还包括支架(100)，所述支架(100)设置有驱动单元(200)、吸附单元(300)、图像采集单元和回收单元(400)；所述吸附单元(300)设置有两个及以上，所述驱动单元(200)与吸附单元(300)对应设置，所述吸附单元(300)与回收单元(400)的逆流管(420)对应设置。

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