RU205304U1 - Устройство для экспресс-анализа загрязненности воды биоразлогаемыми органическими соединениями - Google Patents

Устройство для экспресс-анализа загрязненности воды биоразлогаемыми органическими соединениями Download PDF

Info

Publication number
RU205304U1
RU205304U1 RU2021110103U RU2021110103U RU205304U1 RU 205304 U1 RU205304 U1 RU 205304U1 RU 2021110103 U RU2021110103 U RU 2021110103U RU 2021110103 U RU2021110103 U RU 2021110103U RU 205304 U1 RU205304 U1 RU 205304U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mediator
organic compounds
analysis
water pollution
biodegradable organic
Prior art date
Application number
RU2021110103U
Other languages
English (en)
Inventor
Вячеслав Алексеевич Арляпов
Анастасия Сергеевна Илюхина
Анна Сергеевна Харькова
Валерий Анатольевич Алферов
Ольга Николаевна Понаморева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
Priority to RU2021110103U priority Critical patent/RU205304U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU205304U1 publication Critical patent/RU205304U1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/34—Measuring or testing with condition measuring or sensing means, e.g. colony counters
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)

Abstract

Техническое решение относится к области экологии, а именно к биосенсорным аналитическим устройствам. Задачей технического решения является повышение качества анализа, путем улучшения технических характеристик устройства, в частности снижение нижней границы определяемых значений биохимического потребления кислорода.Устройство для экспресс-анализа загрязненности воды биоразлогаемыми органическими соединениями, содержащее измерительную кювету с буферным раствором (рН 6,8) и растворимым медиатором, магнитную мешалку, хлоридсеребряный электрод сравнения и рабочий угольно-пастовый электрод, модифицированный медиатором ферроценом с иммобилизованными микроорганизмами, отличающееся тем, что в качестве иммобилизованных микроорганизмов взяты дрожжи Blastobotrys adeninivorans BKM Y-2677, в качестве растворимого медиатора взят нейтральный красный. 1 ил.

Description

Устройство для экспресс-анализа загрязненности воды биоразлогаемыми органическими соединениями относится к области экологии и может быть использовано для контроля процессов очистки сточной воды и состояния поверхностных вод.
При мониторинге объектов окружающей среды, важной характеристикой степени загрязненности воды биоразлогаемыми органическими веществами является индекс биохимического потребления кислорода (БПК). Продолжительность стандартного метода определения БПК составляет минимум 5 суток (для определения БПК5) [ПНДФ 14. 1:2:3:4. 123-97. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений биохимической потребности в кислороде после n-дней инкубации (БПКполн) в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных водах. - М.: 1997. - 25 с.], что может стать причиной попадания загрязняющих веществ в природные водоемы. Ввиду длительности стандартного способа анализа возможны экологически опасные ситуации, поэтому интенсивно разрабатываются экспресс-анализаторы БПК, в частности на основе биосенсорного принципа анализа. Основной проблемой создания биосенсоров для экспресс-определения БПК является их низкая чувствительность, так в поверхностных водах БПК5 обычно не превышает 2-4 мг/дм3 [СанПиН 2.1.5.980-00. Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод].
Известно устройство для определения биохимического потребления кислорода, состоящее из угольно-пастового электрода с иммобилизованными микроорганизмами [Абрамова Т.А., Арляпов В.А., Илюхина А.С., Курбаналиева С.К., Туровская А.Д., Харькова А.С. Устройство для экспресс-анализа индекса биохимического потребления кислорода. Патент РФ №192836 МПК8 C12M 1/34, 1/40, C12Q 1/02 от 02 октября 2019]. Устройство состоит из измерительной кюветы, магнитной мешалки, биосенсорной системы, включающей рабочий угольно-пастовый электрод с иммобилизованными бактериями Escherichia coli. Существенными недостатками данной модели является использование бактерий Escherichia coli, которые окисляют узкий спектр веществ из находящихся в сточных водах, и применение медиатора феррицианида калия, высокий рабочий потенциал которого (+0,28 В) может стать причиной побочных реакций с участием электроактивных примесей.
Наиболее близким по своим признакам, принятое за прототип, является устройство для экспресс-мониторинга индекса биохимического потребления кислорода [Зайцева А.С., Юдина Н.Ю., Арляпов В.А., Понаморева О.Н., Алферов В.А. Устройство для экспресс-мониторинга индекса биохимического потребления кислорода. Патент РФ №164144 МПК8 C12M 1/34, 1/40, C12Q 1/02 от 03 августа 2016 года]. Устройство содержит измерительную кювету с магнитной мешалкой, биосенсорную систему с иммобилизованными на рабочем электроде дрожжевыми клетками Debaryomyces hansenii, рабочим электродом является угольно-пастовый, модифицированный медиатором ферроценом, также устройство дополнительно содержит хлоридсеребряный электрод сравнения и введенный в измерительную кювету раствор медиатора тионина. Устройство позволяет определять индекс биохимического потребления кислорода (нижняя граница определяемых значений БПК5 составляет 4,6 мг/дм3), время анализа одной пробы составляет 7 минут.
Задачей технического решения является повышение качества анализа, за счет улучшение технических характеристик биосенсора, в частности снижение нижней границы определяемых значений биохимического потребления кислорода, что даст возможность измерения БПК в чистых поверхностных водах.
Поставленная задача решается тем, что заявленное устройство для экспресс-анализа загрязненности воды биоразлогаемыми органическими соединениями содержит измерительную кювету с раствором медиатора, магнитную мешалку, хлоридсеребряный электрод сравнения и рабочий угольно-пастовый электрод, модифицированный медиатором ферроценом с иммобилизованным биоматериалом, причем в качестве иммобилизованного биоматериала взяты дрожжи Blastobotrys adeninivorans, а в качестве растворимого медиатора, вводимого в измерительную кювету взят нейтральный красный.
Технический результат заявляемого устройства заключается в повышении качества анализа путем улучшении характеристик устройства, за счет снижения нижней границы определения БПК5 4,6 мг/дм3 (прототип) до 0,16 мг/дм3 (заявляемое техническое решение). В таблице 1 представлены характеристики прототипа и заявляемого устройства для экспресс-анализа загрязненности воды биоразлогаемыми органическими соединениями.
Снижение нижней границы определения БПК5 связано с использованием двухмедиаторной системы ферроцен-нейтральный красный и дрожжей Blastobotrys adeninivorans, обладающих высокой окислительной активностью по отношению к широкому спектру субстратов. В отличие от описанной в прототипе системы ферроцен-тионин, в предложенной системе нейтральный красный не вызывает лимитирования процесса передачи электронов и позволяет обеспечить последовательный перенос электронов в двухмедиаторной системе. За счет введения второго медиатора ферроцена используемые микроорганизмы способны окислять широкий спектр, потенциально присутствующих в пробе органических соединений, количество которых оценивается при определении показателя биохимического потребления кислорода.
На фиг. 1 показано устройство для экспресс-анализа загрязненности воды биоразлогаемыми органическими соединениями. Заявляемое устройство состоит из следующих элементов: рабочего угольно-пастового электрода, модифицированного медиатором ферроценом 1 с иммобилизованными на поверхности клетками штамма Blastobotrys adeninivorans BKM Y-2677 2. Рабочий электрод 1 с клетками микроорганизмов 2 и хлоридсеребряный электрод сравнения 3 помещены в измерительную кювету 4, объемом 5 мл. Перемешивание буферного раствора с медиатором нейтральным красным осуществляют с помощью магнитной мешалки 5.
Для регистрации сигнала биосенсорной системы используют электрохимический преобразователь потенциостат, регистрирующий зависимость силы тока от времени - IPC Micro, к которому подключают электроды. Измерения проводят при постоянном потенциале +0,25 В. Для формирования рабочего электрода готовят модифицированную пасту на основе графитовой пудры, минерального масла и медиатора ферроцена растворенного в ацетоне, которой заполняют пластиковую трубку. Клетки микроорганизмов Blastobotrys adeninivorans BKM Y-2677 адсорбируют на поверхности рабочего электрода 1 и фиксируют диализной мембраной при помощи пластикового кольца.
Принцип работы устройства для экспресс-анализа загрязненности воды биоразлогаемыми органическими соединениями заключается в следующем: рабочий электрод 1 с иммобилизованными дрожжами Blastobotrys adeninivorans BKM Y-2677 2, погружают совместно с хлоридсеребряным электродом 3 сравнения в измерительную кювету 4 объемом 5 мл, содержащую: буферный раствор (рН 6,8) и растворимый медиатор нейтральный красный. Измерения проводят при непрерывном перемешивании с помощью магнитной мешалки 5 при комнатной температуре. После установления стабильного уровня тока в ячейку микропипеткой вводят необходимое количество раствора анализируемого вещества. После регистрации аналитического сигнала биосенсора (зависимости силы тока от времени) измерительную кювету 4 промывают буферным раствором. Рассчитывают скорость биоразложения органических соединений по амплитуде силы тока (ответ сенсора, ΔI, мкА) и определяют значение биохимического потребления кислорода по предварительно построенной с помощью модельного глюкозо-глутаматного раствора калибровочной кривой в соответствии с ПНДФ 14. 1:2:3:4. 123-97 значение биохимического потребления кислорода модельного раствора, содержащего суммарно 300 мг/дм3 глюкозы и глутаминовой кислоты (1:1), соответствует 205 мгО2/дм [ПНДФ 14. 1:2:3:4. 123-97. Количественному химическому анализу вод. Способ выполнения измерений биохимической потребности в кислороде после n-дней инкубации (БПКполн) в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных водах. - М: 1997. - 25 с.].
Таким образом, заявляемое устройство для экспресс-анализа загрязненности воды биоразлогаемыми органическими соединениями позволило повысить качество анализа, не требуя привлечения высококвалифицированного персонала, и позволило осуществлять экспресс-мониторинг индекса биохимического потребления кислорода за время не более 5 минут, при этом нижняя граница определяемых значений БПК5 составляет 0,16 мг O2/дм3.
Figure 00000001

Claims (1)

  1. Устройство для экспресс-анализа загрязненности воды биоразлогаемыми органическими соединениями, содержащее измерительную кювету с буферным раствором (рН 6,8) и растворимым медиатором, магнитную мешалку, хлоридсеребряный электрод сравнения и рабочий угольно-пастовый электрод, модифицированный медиатором ферроценом с иммобилизованными микроорганизмами, отличающееся тем, что в качестве иммобилизованных микроорганизмов взяты дрожжи Blastobotrys adeninivorans BKM Y-2677, в качестве растворимого медиатора взят нейтральный красный.
RU2021110103U 2021-04-12 2021-04-12 Устройство для экспресс-анализа загрязненности воды биоразлогаемыми органическими соединениями RU205304U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110103U RU205304U1 (ru) 2021-04-12 2021-04-12 Устройство для экспресс-анализа загрязненности воды биоразлогаемыми органическими соединениями

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110103U RU205304U1 (ru) 2021-04-12 2021-04-12 Устройство для экспресс-анализа загрязненности воды биоразлогаемыми органическими соединениями

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU205304U1 true RU205304U1 (ru) 2021-07-08

Family

ID=76820372

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021110103U RU205304U1 (ru) 2021-04-12 2021-04-12 Устройство для экспресс-анализа загрязненности воды биоразлогаемыми органическими соединениями

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU205304U1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113801798A (zh) * 2021-08-02 2021-12-17 广西大学 食腺嘌呤节孢酵母a50菌株、所产胞外多糖及其应用
RU210524U1 (ru) * 2021-11-08 2022-04-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Устройство для экспресс-определения токсичности поверхностных вод
RU216183U1 (ru) * 2022-07-07 2023-01-20 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии Резистивный датчик биодеградации

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080006539A1 (en) * 2006-03-10 2008-01-10 Rita Kumar Bacterium consortium, bio-electrochemical device and a process for quick and rapid estimation of biological oxygen demand
RU73975U1 (ru) * 2007-12-05 2008-06-10 Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН Биосенсор для определения загрязненности воды органическими веществами
RU164144U1 (ru) * 2015-10-21 2016-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Устройство для экспресс-мониторинга индекса биохимического потребления кислорода
RU2650634C1 (ru) * 2017-06-20 2018-04-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") Биосенсор для определения наличия органических веществ в воде

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080006539A1 (en) * 2006-03-10 2008-01-10 Rita Kumar Bacterium consortium, bio-electrochemical device and a process for quick and rapid estimation of biological oxygen demand
CA2645349C (en) * 2006-03-10 2015-08-04 Council Of Scientific And Industrial Research A bacterium consortium, bio-electrochemical device and a process for quick and rapid estimation of biological oxygen demand
RU73975U1 (ru) * 2007-12-05 2008-06-10 Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН Биосенсор для определения загрязненности воды органическими веществами
RU164144U1 (ru) * 2015-10-21 2016-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Устройство для экспресс-мониторинга индекса биохимического потребления кислорода
RU2650634C1 (ru) * 2017-06-20 2018-04-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") Биосенсор для определения наличия органических веществ в воде

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113801798A (zh) * 2021-08-02 2021-12-17 广西大学 食腺嘌呤节孢酵母a50菌株、所产胞外多糖及其应用
CN113801798B (zh) * 2021-08-02 2023-07-28 广西大学 食腺嘌呤节孢酵母a50菌株、所产胞外多糖及其应用
RU210524U1 (ru) * 2021-11-08 2022-04-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Устройство для экспресс-определения токсичности поверхностных вод
RU2800373C1 (ru) * 2022-05-24 2023-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Устройство для экспресс-оценки количества легкоокисляемых органических веществ по индексу биохимического потребления кислорода
RU216183U1 (ru) * 2022-07-07 2023-01-20 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии Резистивный датчик биодеградации

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sonawane et al. Microbial fuel cell-based biological oxygen demand sensors for monitoring wastewater: state-of-the-art and practical applications
Liu et al. Immobilised activated sludge based biosensor for biochemical oxygen demand measurement
Chee et al. Optical fiber biosensor for the determination of low biochemical oxygen demand
RU205304U1 (ru) Устройство для экспресс-анализа загрязненности воды биоразлогаемыми органическими соединениями
Parkhey et al. Biosensing applications of microbial fuel cell: Approach toward miniaturization
Catterall et al. Development of a rapid ferricyanide-mediated assay for biochemical oxygen demand using a mixed microbial consortium
Strand et al. Rapid BOD measurement for municipal wastewater samples using a biofilm electrode
Raud et al. Comparative study of semi-specific Aeromonas hydrophila and universal Pseudomonas fluorescens biosensors for BOD measurements in meat industry wastewaters
Mak et al. Biosensor for rapid phosphate monitoring in a sequencing batch reactor (SBR) system
EP1996520B1 (en) A bacterium consortium, bio-electrochemical device and a process for quick and rapid estimation of biological oxygen demand
CN113504280B (zh) 一种实时原位检测污水中亚硝酸盐的生物电化学方法
Jordan et al. A ferricyanide-mediated activated sludge bioassay for fast determination of the biochemical oxygen demand of wastewaters
VOGRINC et al. Microbial biosensors for environmental monitoring
Evans et al. Biosensors for the measurement of toxicity of wastewaters to activated sludge
Yu et al. Small microbial three-electrode cell based biosensor for online detection of acute water toxicity
Arlyapov et al. Microbial biosensors for rapid determination of biochemical oxygen demand: approaches, tendencies and development prospects
Nakamura Recent organic pollution and its biosensing methods
RU164144U1 (ru) Устройство для экспресс-мониторинга индекса биохимического потребления кислорода
Morris et al. Ferricyanide-mediated microbial reactions for environmental monitoring
Pasco et al. Biosensors: MICREDOX-a new biosensor technique for rapid measurement of BOD and toxicity
RU2650634C1 (ru) Биосенсор для определения наличия органических веществ в воде
RU192836U1 (ru) Устройство для экспресс-анализа индекса биохимического потребления кислорода
WO2019168979A1 (en) Electrochemical method for detection and quantification of organic compounds in water
RU2800373C1 (ru) Устройство для экспресс-оценки количества легкоокисляемых органических веществ по индексу биохимического потребления кислорода
Yu et al. Preparation, performance, and application of a stable, sensitive and cost-effective microelectrode array