JP4469271B2 - 電気化学的活性微生物を利用して，試料内毒性物質の存在を確認する方法及びシステム - Google Patents
電気化学的活性微生物を利用して，試料内毒性物質の存在を確認する方法及びシステム Download PDFInfo
- Publication number
- JP4469271B2 JP4469271B2 JP2004506516A JP2004506516A JP4469271B2 JP 4469271 B2 JP4469271 B2 JP 4469271B2 JP 2004506516 A JP2004506516 A JP 2004506516A JP 2004506516 A JP2004506516 A JP 2004506516A JP 4469271 B2 JP4469271 B2 JP 4469271B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- fuel cell
- microbial fuel
- toxic substance
- cathode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 244000005700 microbiome Species 0.000 title claims abstract description 10
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 title claims description 60
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 title claims description 41
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 55
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 claims abstract description 38
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 claims description 19
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 14
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 claims description 12
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 claims description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 3
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 4
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 abstract description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 abstract 4
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 abstract 4
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 14
- 241000238578 Daphnia Species 0.000 description 12
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 description 4
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N Glutamic acid Natural products OC(=O)C(N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N L-glutamic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 235000013922 glutamic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000004220 glutamic acid Substances 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000037323 metabolic rate Effects 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
- C12Q1/025—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms for testing or evaluating the effect of chemical or biological compounds, e.g. drugs, cosmetics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/18—Water
- G01N33/186—Water using one or more living organisms, e.g. a fish
- G01N33/1866—Water using one or more living organisms, e.g. a fish using microorganisms
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Description
本発明は，生物学的方法による物質の測定方法及び該方法を実施するための装置，さらに詳しくは，微生物燃料電池を利用した毒性物質の自動測定のための方法及び該方法を実施するための自動早期警報装置に関する。
従来，毒性物質の水系流入を早期に測定して警告を発する装置は，多くの研究者により開発されて来ており，水質毒性を測定する従来の装置には，化学的水質毒性物質の探知装置と生物学的水質毒性物質の探知装置がある。化学的水質毒性の探知装置は，水系で発生する多くの物質により測定に制限を受け，幾つかの物質にのみ定量的に測定が可能である。また，高価な機器資材と熟練した技術を習得したエンジニアのみが測定できるという短所がある。このような短所を補完するために，様々な生物学的水質毒性物質の探知装置が開発されて来た。
従来の代表的な生物学的水質毒性物質の探知装置としては，魚を利用した水質監視方法と，ミジンコを利用した水質監視方法，そして発光微生物を利用した水質監視方法等がある。このうち，魚を利用した水質監視装置は，魚が水の流れをさかのぼる性質，即ち逆流性を利用して測定する装置である。魚が抜け出ないように魚の離脱防止網を設置した後，有害毒性物質が水の流入口を通して流入されると魚が被害を被り遊泳性が下がる。このように，遊泳性の低下した魚は流速を乗り越えることができず下流へ流されるが，魚の有する本能により再び前へ進もうと尾ひれを激しく動かす。この時，この尾ひれが感知センサーに触れ，これが電気的信号値として表されて記録される。
このような電気信号値は水質測定機で測定され，連設された制御装置により警報(alarm)及び流速制御に活用される。このような情報は，モニター及びキーボードを通して入出力される。ここで使用される魚は，鯉科ウグイ属の魚であるゴールドーフ（Goldorph）が主に使用される。
しかし，魚を利用した毒性物質探知・警報装置の短所は，毒性を探知する個体の大きさが大きいため，フェノールの場合には10ppm流入されると，毒性の測定に8時間も必要とされる。このように，魚を利用した生物毒性探知・警報装置の場合，感度が劣り測定時間及び誤差範囲が大きい。また，魚の選択及び育成条件が探知・警報装置の一貫性を劣らせるようになる。
ミジンコを利用した毒性物質の探知装置は，ミジンコの活動性を赤外線センサーを通して感知する。ミジンコを利用した毒性物質の探知装置はミジンコの遊泳性に基づいたものであって，ガラスまたはアクリルから作られた試験チャンバーには，試験しようとする水が流入，流出され，その中に20匹のミジンコを配置する。水が流入口を通して流入されると，試験チャンバーにあるミジンコが反応するが，ミジンコは水が毒性物質に汚染していない場合は規則的な動きを示すが，毒性物質が流入されると動きが不規則的に変わり急激になる。動きが急激になるほど赤外線センサーを遮断する回数が多くなるため，電気的信号値は増加する。温度感応装置を通して温度を恒常測定し，電子制御装置を通して赤外線センサーを制御し，出力装置を通してその値を出力し，測定された水は水の流出口を通して排出される。このようなミジンコを利用した早期探知・警報装置の場合，個体の大きさが魚より小さいため，敏感性は魚を利用した装置より優れているものの管理が難しい。
さらに，ミジンコを交換する時，試験水槽と流入水，流出水のための各種チューブ洗浄または交換が必要であり，ミジンコの培養に多くの努力が求められるが，培養液を作って1週間に2〜3回培養液を交替することと，母と子の分離にも注意しなければならない。又，ミジンコは別途の培養室で培養されなければならず，そこには室内空間の消毒や培養に妨害になる器具や設備，装置があってはならず，また，化学分析室の空気が培養室に移ってくることもあってはならないという管理上の問題点がある。
固定化された発光微生物を利用した水質毒性の自動測定機は，毒性に対する発光度を測定するものであるため，様々な光測定装置が含まれて機器が構成される。そのため，費用面から高価になるしかなく，補修及び管理する作業者もまたそれに関する専門家にしかできない。
本発明の発明者等は，前記ような従来の水質毒性の自動測定機器の問題点が，結局センサー部により引き起こされたものであることの知見に基づき，本発明を提案するに至った。
本発明の目的は，前記ような従来の水質毒性の自動測定装置の問題点を解決するためのものであって，毒性物質の迅速・正確な測定と，安価な維持費用及び容易な維持管理を可能とする画期的な毒性物質の測定方法を提供することにある。
前述した本発明の目的は，陰極部及び陽極部を備えた微生物燃料電池を利用して，試料内の毒性物質の存在を確認する方法であって，前記方法が，
電気化学的エネルギーを生成する微生物が前記陰極部の内部に充填されると共に，空気で飽和された水が前記陽極部に充填された微生物燃料電池を準備する段階，
採取した試料を浮遊物と異物をスクリーニングして前記微生物燃料電池の陰極部に継続的に注入して，前記微生物燃料電池で発生する電気化学的信号の変化程度を測定する段階を含み，
毒性物質を含まない一般的な状況の試料で測定された前記電気化学的信号に対する，測定された前記電気化学的信号の変化程度に基づいて，試料内における毒性物質の存在を検出し，
毒性物質が微生物燃料電池に流入したことが検出されたとき，試料の流路を切り換えて該検出時点の試料を採取・保管することを特徴とする試料内毒性物質の存在を確認する方法により達成される。
電気化学的エネルギーを生成する微生物が前記陰極部の内部に充填されると共に，空気で飽和された水が前記陽極部に充填された微生物燃料電池を準備する段階，
採取した試料を浮遊物と異物をスクリーニングして前記微生物燃料電池の陰極部に継続的に注入して，前記微生物燃料電池で発生する電気化学的信号の変化程度を測定する段階を含み，
毒性物質を含まない一般的な状況の試料で測定された前記電気化学的信号に対する，測定された前記電気化学的信号の変化程度に基づいて，試料内における毒性物質の存在を検出し，
毒性物質が微生物燃料電池に流入したことが検出されたとき，試料の流路を切り換えて該検出時点の試料を採取・保管することを特徴とする試料内毒性物質の存在を確認する方法により達成される。
前記方法において，前記試料の採取をポンプにより行うと共に，測定された前記電気化学的信号の信号値を演算・制御部で制御して毒性物質の存在を自動測定することができ，更に，前記試料の採取・保管を毒性物質が微生物燃料電池に流入したことが検知されたとき，ソレノイドバルブによって試料の流路を切り換えて毒性物質の流入信号が捕捉された時点の試料を捕集筒に採取・保管するものとしても良い。
また，前記方法を実施するための本発明の毒性物質の測定システムは，陰極部及び陽極部を備え，前記陰極部に電気化学的エネルギーを生成する微生物が充填されると共に，前記陽極部に空気で飽和された水を充填した微生物燃料電池と，
前記微生物燃料電池で発生した電流値を計測する電流測定機と，
前記微生物燃料電池の陰極部に継続的に注入される試料を採取するポンプと，
前記ポンプで採取された試料を前記微生物燃料電池の陰極に導入する前にその中の浮遊物と異物とを除去する手段と，
毒性物質の導入によって変化する電流値の変化程度に基づいて，自動的に試料の毒性を測定する演算・制御部を備えると共に，
前記微生物燃料電池への毒性物質の導入が検出されたとき，試料の流路を切り換えるソレノイドバルブを前記ポンプと微生物燃料電池間に設け，前記毒性物質の導入が検出された時点の試料を採取・保管する試料採取筒を前記ソレノイドバルブに接続して設けたことを特徴とする。
前記微生物燃料電池で発生した電流値を計測する電流測定機と，
前記微生物燃料電池の陰極部に継続的に注入される試料を採取するポンプと，
前記ポンプで採取された試料を前記微生物燃料電池の陰極に導入する前にその中の浮遊物と異物とを除去する手段と，
毒性物質の導入によって変化する電流値の変化程度に基づいて，自動的に試料の毒性を測定する演算・制御部を備えると共に，
前記微生物燃料電池への毒性物質の導入が検出されたとき，試料の流路を切り換えるソレノイドバルブを前記ポンプと微生物燃料電池間に設け，前記毒性物質の導入が検出された時点の試料を採取・保管する試料採取筒を前記ソレノイドバルブに接続して設けたことを特徴とする。
前記構成の測定システムにおいて，前記ポンプと微生物燃料電池の間に前処理槽を配置することができる。
以下，図面を参照して説明するが，本発明の毒性物質の自動早期警報装置は，参照される図面の構成に限定されるものではなく，特許請求の範囲の記載に基づいて理解されなければならない。
図1は，毒性物質の自動測定装置の概略図であって，毒性物質の自動測定装置は試料を採取するポンプ1，試料を処理する（１次）前処理槽2，毒性物質の流入から電流量の変化を感知する微生物燃料電池6，及び信号値を制御して自動測定する演算・制御部11に大別される。また，前記測定装置に毒性物質の流入信号が捕捉されると，試料の流路を変更させるソレノイドバルブ5と，毒性物質の流入信号が捕捉された時点の試料を採取・保管する資料の採取筒4を設けることができる。
かように構成された微生物燃料電池を利用した毒性物質の測定装置の作用原理は，次の通りである。試料は1次及び2次前処理槽2,3を経て燃料電池の陰極部に入る。燃料電池の陰極部は炭素不織布（Carbon Felt)と白金(Pt)線から構成され，その内部は一般的に有機物質を原料として電気化学的エネルギーを生成する微生物触媒が充填される。陽極部は一般的な水が充填され流れるようになっている。即ち，有機物が含まれている試料が陰極部に入り，陽極部は空気で飽和された水が入る。
そして，燃料電池の陰極部で有機物が微生物により分解されて電流が発生され，その電流は白金(Pt)線に乗って電流測定機で測定される。このように発生する電流の流れは，一般的な状況では格別の変化の幅を示さないが，試料の陰極部に毒性物質が入ると，陰極部の電気化学的活性微生物の代謝率が下がり，電流値が急激に下がる。このように急激に下がるのは，電流値を演算・制御部が制御することにより，毒性物質の警報を視覚的，聴覚的に得ることができるようにするためである。
以下，実施例に従って本発明をさらに具体的に説明する。
<実施例1>
本実施例は陰極部には活性スラッジを入れ，活性スラッジ内の電気化学活性菌が電極に付着して濃化培養されるように環境を造成し，陽極部には空気で飽和された水を入れることにより，一定な電位差を維持させ生物電気化学反応が円滑に起こるようにした微生物燃料電池に，グルコースとグルタミン酸(CODcr 200ppm，これは重クロム酸カリウムによる化学的酸素要求量を意味する。)を燃料として使用し，発生する電流量を電圧電流測定機（2000マルチメータ；2000 multimeter, Keithley instrument. Inc, USA)を使用して60秒間隔で測定し，使用した燃料にCr6+標準溶液を0.01ppm，0.02ppm，0.03ppm，0.04ppm，0.05ppmの濃度で順次投入した。
本実施例は陰極部には活性スラッジを入れ，活性スラッジ内の電気化学活性菌が電極に付着して濃化培養されるように環境を造成し，陽極部には空気で飽和された水を入れることにより，一定な電位差を維持させ生物電気化学反応が円滑に起こるようにした微生物燃料電池に，グルコースとグルタミン酸(CODcr 200ppm，これは重クロム酸カリウムによる化学的酸素要求量を意味する。)を燃料として使用し，発生する電流量を電圧電流測定機（2000マルチメータ；2000 multimeter, Keithley instrument. Inc, USA)を使用して60秒間隔で測定し，使用した燃料にCr6+標準溶液を0.01ppm，0.02ppm，0.03ppm，0.04ppm，0.05ppmの濃度で順次投入した。
その結果，ほとんど一定に発生していた電流量がCr6+0.04ppmで急激に下がることを確認した(図2)。
<実施例2>
実施例2は実施例1で使用したものと同様な燃料電池を使用し，燃料もまた実施例1で使用したものと同一なものを使用した。燃料を注入して発生する電流量を前記電圧電流測定機を使用して60秒間隔で測定し，使用した燃料に水銀標準溶液Hg 0.01ppm，0.02ppm，0.03ppm， 0.04ppm，0.05ppmを順次に注入した。
実施例2は実施例1で使用したものと同様な燃料電池を使用し，燃料もまた実施例1で使用したものと同一なものを使用した。燃料を注入して発生する電流量を前記電圧電流測定機を使用して60秒間隔で測定し，使用した燃料に水銀標準溶液Hg 0.01ppm，0.02ppm，0.03ppm， 0.04ppm，0.05ppmを順次に注入した。
その結果，実施例1と同様に一定に発生していた電流量がHg 0.03ppmで急激に下がることを確認した(図3)。
<実施例3>
実施例3は実施例1で使用したものと同様な燃料電池を使用し，燃料もまた実施例1で使用したものと同一なものを使用した。燃料を注入して発生する電流量を前記電圧電流測定機を使用して60秒間隔で測定し，使用した燃料に鉛標準溶液Pb 0.01ppm，0.02ppm，0.03ppm，0.04ppm，0.05ppmを順次に注入した。
実施例3は実施例1で使用したものと同様な燃料電池を使用し，燃料もまた実施例1で使用したものと同一なものを使用した。燃料を注入して発生する電流量を前記電圧電流測定機を使用して60秒間隔で測定し，使用した燃料に鉛標準溶液Pb 0.01ppm，0.02ppm，0.03ppm，0.04ppm，0.05ppmを順次に注入した。
その結果，実施例1と同様に一定に発生していた電流量がPb 0.04ppmで急激に下がることを確認した(図4)。
<実施例4>
実施例4は実施例1で使用したものと同様な燃料電池を使用し，燃料もまた実施例1で使用したものと同一なものを使用した。燃料を注入して発生する電流量を前記電圧電流測定機を使用して60秒間隔で測定し，使用した燃料にフェノール標準溶液0.01ppm，0.02ppm，0.03ppm，0.04ppm，0.05ppmを順次に注入した。
実施例4は実施例1で使用したものと同様な燃料電池を使用し，燃料もまた実施例1で使用したものと同一なものを使用した。燃料を注入して発生する電流量を前記電圧電流測定機を使用して60秒間隔で測定し，使用した燃料にフェノール標準溶液0.01ppm，0.02ppm，0.03ppm，0.04ppm，0.05ppmを順次に注入した。
その結果，実施例1と同様に一定に発生していた電流量がフェノール 0.03ppmで急激に下がることを確認した(図5)。
このように本発明によると，毒性物質が測定試料に流入されると，微生物燃料電池の電気化学的活性菌の電気発生量が急激に下がり，毒性物質を探知する感度が極めて増大し，微生物燃料電池を使用してセンサー部の維持，管理，補修に必要な労力及び費用を最小化することができる。
又，毒性物質探知の正確度及び精密度もまた既存の探知・警報装置に比べて飛躍的に発展される。これと共に，探知装置に毒性物質の流入信号が感知されたとき，その時点の毒性物質が含有された試料を密閉容器に保管し，後にその試料を定量，定性的に分析することにより，毒性物質の流入原因を類推し，事後に発生する被害を予測することができる資料を提供する。
本発明は，毒性物質の流入を初期に探知して被害を最小化することができ，このような優秀な毒性物質の探知装置の開発により，各種機器の国産化，輸入代替及び輸出増大効果を期待できる。
又，本発明によると，微生物燃料電池を使用した毒性物質の測定装置は，下水処理場及び排水処理場の生物学的毒性度を規制することができ，飲用水の取水源における汚染物質を迅速に判断することにも利用し，上水源の保護区域に設置して民間企業及び公共団体などの不法放流を事前に防止するに効果的であり得る。
2 （試料の）1次前処理槽
3 （試料の）2次前処理槽
5 ソレノイドバルブ
6 微生物燃料電池
8 入水容器(Tap water chamber)
10 電圧計
11 演算，制御装置
3 （試料の）2次前処理槽
5 ソレノイドバルブ
6 微生物燃料電池
8 入水容器(Tap water chamber)
10 電圧計
11 演算，制御装置
Claims (5)
- 陰極部及び陽極部を備えた微生物燃料電池を利用して，試料内の毒性物質の存在を確認する方法であって，前記方法が，
電気化学的エネルギーを生成する微生物が前記陰極部の内部に充填されると共に，空気で飽和された水が前記陽極部に充填された微生物燃料電池を準備する段階，
採取した試料を浮遊物と異物をスクリーニングして前記微生物燃料電池の陰極部に継続的に注入して，前記微生物燃料電池で発生する電気化学的信号の変化程度を測定する段階を含み，
毒性物質を含まない一般的な状況の試料で測定された前記電気化学的信号に対する，測定された前記電気化学的信号の変化程度に基づいて，試料内における毒性物質の存在を検出し，
毒性物質が微生物燃料電池に流入したことが検出されたとき，試料の流路を切り換えて該検出時点の試料を採取・保管することを特徴とする試料内毒性物質の存在を確認する方法。 - ポンプによって前記試料を採取すると共に，測定された前記電気化学的信号の信号値を演算・制御部で制御して毒性物質の存在を自動測定することを特徴とする請求項１記載の試料内毒性物質の存在を確認する方法。
- 毒性物質が微生物燃料電池に流入したことが検知されたとき，ソレノイドバルブによって試料の流路を切り換え，毒性物質の流入信号が捕捉された時点の試料を捕集筒に採取・保管することを特徴とする請求項１又は２記載の試料内毒性物質の存在を確認する方法。
- 陰極部及び陽極部を備え，前記陰極部に電気化学的エネルギーを生成する微生物が充填されると共に，前記陽極部に空気で飽和された水を充填した微生物燃料電池と，
前記微生物燃料電池で発生した電流値を計測する電流測定機と，
前記微生物燃料電池の陰極部に継続的に注入される試料を採取するポンプと，
前記ポンプで採取された試料を前記微生物燃料電池の陰極に導入する前にその中の浮遊物と異物とを除去する手段と，
毒性物質の導入によって変化する電流値の変化程度に基づいて，自動的に試料の毒性を測定する演算・制御部を備えると共に，
前記微生物燃料電池への毒性物質の導入が検出されたとき，試料の流路を切り換えるソレノイドバルブを前記ポンプと微生物燃料電池間に設け，前記毒性物質の導入が検出された時点の試料を採取・保管する試料採取筒を前記ソレノイドバルブに接続して設けたことを特徴とする毒性物質の測定システム。 - 前記ポンプと微生物燃料電池の間に前処理槽が配置されていることを特徴とする請求項４記載の毒性物質の測定システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2002-0023232A KR100483580B1 (ko) | 2002-04-27 | 2002-04-27 | 미생물연료전지를 이용한 수질 내 독극물 감지 장치 |
| PCT/KR2003/000854 WO2003097861A1 (en) | 2002-04-27 | 2003-04-26 | Method and device for detecting toxic material in water using microbial fuel cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005521431A JP2005521431A (ja) | 2005-07-21 |
| JP4469271B2 true JP4469271B2 (ja) | 2010-05-26 |
Family
ID=29546278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004506516A Expired - Fee Related JP4469271B2 (ja) | 2002-04-27 | 2003-04-26 | 電気化学的活性微生物を利用して，試料内毒性物質の存在を確認する方法及びシステム |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20050164331A1 (ja) |
| EP (1) | EP1497451B1 (ja) |
| JP (1) | JP4469271B2 (ja) |
| KR (1) | KR100483580B1 (ja) |
| CN (1) | CN1300330C (ja) |
| AT (1) | ATE482284T1 (ja) |
| AU (1) | AU2003224472A1 (ja) |
| DE (1) | DE60334291D1 (ja) |
| WO (1) | WO2003097861A1 (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1033432C2 (nl) * | 2007-02-20 | 2008-08-21 | Stichting Wetsus Ct Of Excelle | Werkwijze voor het bepalen van de toxiciteit van een monsterstroom en apparaat daarvoor. |
| FR2931845B1 (fr) * | 2008-05-27 | 2011-11-04 | Centre Nat Rech Scient | Production d'un biofilm sur une electrode pour biopile, electrode et biopile obtenues. |
| FR2934371B1 (fr) * | 2008-07-25 | 2012-06-08 | Nanotec Solution | Dispositif capteur de biomasse a usage unique, procede de realisation de ce dispositif et bioreacteur a usage unique integrant ce capteur |
| JP5763092B2 (ja) * | 2009-12-08 | 2015-08-12 | カンブリアン イノベーション エルエルシー | 環境モニタリングのための、微生物をベースとするセンサー |
| CN101882350B (zh) * | 2010-05-24 | 2012-05-16 | 清华大学 | 基于微生物燃料电池原理的水污染生物预警系统和方法 |
| US10851003B2 (en) * | 2010-07-21 | 2020-12-01 | Matthew Silver | Denitrification and pH control using bio-electrochemical systems |
| JP5873085B2 (ja) | 2010-07-21 | 2016-03-01 | カンブリアン イノベーション エルエルシー | 廃水を処理するための生物−電気化学的システムおよび酸性ガスを処理するための方法 |
| EP2630088B1 (en) | 2010-10-19 | 2017-04-12 | Cambrian Innovation, Inc. | Bio-electrochemical system |
| EP3242352A1 (en) | 2011-06-14 | 2017-11-08 | Cambrian Innovation, Inc. | Method for determining the biological oxygen demand |
| CN102636545B (zh) * | 2012-03-16 | 2013-11-06 | 北京航空航天大学 | 一种水质综合毒性生物预警装置 |
| CN102778485A (zh) * | 2012-07-12 | 2012-11-14 | 北京航空航天大学 | 一种快速检测食品综合毒性的生物电化学装置 |
| CN103336045B (zh) * | 2013-06-08 | 2015-06-10 | 内蒙古科技大学 | 有毒物质在线检测及自动报警装置及有毒物质的检测方法 |
| CN103399051A (zh) * | 2013-07-31 | 2013-11-20 | 华南理工大学 | 基于微生物电化学信号的水体毒性检测方法及便携式装置 |
| US9453810B2 (en) * | 2013-08-25 | 2016-09-27 | Alan Joseph Bauer | Devices and methods for identifying a biological or chemical residue in an aqueous sample |
| US10833340B2 (en) | 2013-11-01 | 2020-11-10 | Lockheed Martin Energy, Llc | Apparatus and method for determining state of charge in a redox flow battery via limiting currents |
| US20150335184A1 (en) * | 2014-05-26 | 2015-11-26 | Suhasini Balachandran | Smart Container |
| CN106290527A (zh) * | 2015-05-21 | 2017-01-04 | 北京化工大学 | 一种基于厌氧预处理与空气阴极mfc的水质毒性监测方法 |
| CN105537261B (zh) * | 2015-12-22 | 2018-06-12 | 中国石油大学(华东) | 一种电动力-燃料电池耦合装置及污染土壤的修复方法 |
| US20200080983A1 (en) * | 2016-06-29 | 2020-03-12 | National University Of Singapore | A toxicant monitoring system |
| CN109115858A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-01-01 | 北京雪迪龙科技股份有限公司 | 一种快速检测土壤综合毒性的设备及方法 |
| CN111007132A (zh) * | 2018-10-05 | 2020-04-14 | 科奥比株式会社 | 用电化学活性细菌通过传感器信号模式分析方法同时测量水中有机物浓度和毒性的集成系统 |
| CN113109532B (zh) * | 2021-04-14 | 2022-11-25 | 齐鲁工业大学 | 基于微生物燃料电池的水质监测装置 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0785072B2 (ja) * | 1990-02-05 | 1995-09-13 | 建設省土木研究所長 | 毒物検知装置とこれを用いた水質監視システム |
| IT1242013B (it) * | 1990-11-15 | 1994-02-02 | Giovanni Antonini | Rilevazione di sostanze tossiche presenti in un'acqua attraverso il monitoraggio del metabolismo di microorganismi selezionati. |
| JPH08226910A (ja) * | 1995-02-22 | 1996-09-03 | Masao Karube | 微生物電極及び微生物センサ |
| KR100224381B1 (ko) * | 1996-08-29 | 1999-10-15 | 박호군 | 금속염 환원 세균을 사용한 생물연료전지 |
| AU6760198A (en) * | 1997-03-17 | 1998-10-12 | United States As Represented By The Secretary Of The Army | An apparatus and method for automated biomonitoring of water quality |
| KR100303611B1 (ko) * | 1999-07-07 | 2001-09-24 | 박호군 | 미생물의 전기화학적 농화배양 방법 및 유기물질 및 ｂｏｄ 분석용 바이오센서 |
| KR100414784B1 (ko) * | 2000-01-18 | 2004-01-13 | (주)바이오니아 | 연속식 수질 독성 검사 장치 |
-
2002
- 2002-04-27 KR KR10-2002-0023232A patent/KR100483580B1/ko active IP Right Grant
-
2003
- 2003-04-26 CN CNB038077698A patent/CN1300330C/zh not_active Expired - Lifetime
- 2003-04-26 AU AU2003224472A patent/AU2003224472A1/en not_active Abandoned
- 2003-04-26 US US10/509,718 patent/US20050164331A1/en not_active Abandoned
- 2003-04-26 EP EP03721117A patent/EP1497451B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-04-26 JP JP2004506516A patent/JP4469271B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2003-04-26 AT AT03721117T patent/ATE482284T1/de not_active IP Right Cessation
- 2003-04-26 DE DE60334291T patent/DE60334291D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-04-26 WO PCT/KR2003/000854 patent/WO2003097861A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20050164331A1 (en) | 2005-07-28 |
| KR20030084486A (ko) | 2003-11-01 |
| CN1300330C (zh) | 2007-02-14 |
| KR100483580B1 (ko) | 2005-04-18 |
| ATE482284T1 (de) | 2010-10-15 |
| JP2005521431A (ja) | 2005-07-21 |
| EP1497451A1 (en) | 2005-01-19 |
| EP1497451B1 (en) | 2010-09-22 |
| WO2003097861A1 (en) | 2003-11-27 |
| AU2003224472A1 (en) | 2003-12-02 |
| DE60334291D1 (de) | 2010-11-04 |
| CN1646696A (zh) | 2005-07-27 |
| EP1497451A4 (en) | 2006-07-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4469271B2 (ja) | 電気化学的活性微生物を利用して，試料内毒性物質の存在を確認する方法及びシステム | |
| Spanjers et al. | Instrumentation in anaerobic treatment–research and practice | |
| JP2013215698A (ja) | 水処理プラントの状態診断方法及び装置 | |
| CN104122314A (zh) | 使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的设备及方法 | |
| WO2023007183A1 (en) | Water quality monitoring method and device | |
| JP5129463B2 (ja) | 水質異常検出法 | |
| CN107315076A (zh) | 一种在线毒性分析系统及其测定方法 | |
| KR100483584B1 (ko) | 수질의 실시간 비오디 측정용 부표형 센서 | |
| WO2006101290A1 (en) | Sensor for measuring chloride concentration, sensor for detecting microorganisms, and water purifying apparatus having the same | |
| CN104034785A (zh) | 水体中有毒物质生物在线检测及自动预警装置 | |
| JP4355560B2 (ja) | 有害物質のモニタリング方法 | |
| JP2001027634A (ja) | 水質監視システム | |
| CN210953907U (zh) | 一种污水处理厂进水毒性在线检测装置 | |
| Perego et al. | Applications of luminous bacteria on environmental monitoring | |
| CN112326914A (zh) | 一种生物毒性预警监测系统及其方法 | |
| CN108318552B (zh) | 一种基于浓差电池的水体重金属污染监测方法及装置 | |
| JP4406792B2 (ja) | バイオセンサの校正方法 | |
| JP6259934B1 (ja) | ガス透過性計測方法及びそのシステム | |
| CN114047228B (zh) | 一种沉积物耗氧污染物的解析装置及方法 | |
| CN213875640U (zh) | 一种生物毒性预警监测系统 | |
| US20170247275A1 (en) | Sensing methods and systems | |
| CN207908494U (zh) | 一种在线毒性分析系统 | |
| Ivanov | Possibilities for application of sediment microbial fuel cells as biosensors for monitoring of recurrent water pollution with copper | |
| Al Baluki et al. | Efficient and Ecofriendly Water/wastewater Quality Monitoring with Microbial Fuel Cell Biosensors | |
| CN113640355A (zh) | 一种原位在线监测湿地污染事件的可视化系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070817 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071108 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081009 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20081225 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20090108 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090202 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100129 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100226 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4469271 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130305 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140305 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |