RU2608443C2 - Способ экспресс-анализа биохимического потребления кислорода и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ экспресс-анализа биохимического потребления кислорода и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2608443C2 RU2608443C2 RU2015120235A RU2015120235A RU2608443C2 RU 2608443 C2 RU2608443 C2 RU 2608443C2 RU 2015120235 A RU2015120235 A RU 2015120235A RU 2015120235 A RU2015120235 A RU 2015120235A RU 2608443 C2 RU2608443 C2 RU 2608443C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- computing unit
- dissolved oxygen
- working electrode
- biochemical
- unit
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к области определения биохимического потребления растворенного кислорода в воде. Устройство для экспресс-анализа биохимического потребления растворенного кислорода содержит измерительный резервуар, выполненный в виде проточной амперометрической ячейки, включающий электрод сравнения и рабочий электрод в виде амперометрического датчика растворенного кислорода, блок коммутации, вычислительный блок суммирования, вычислительный блок вычисления и сравнения, вычислительный блок измерения и индикации. При этом устройство снабжено блоком водоподготовки, амперометрическая ячейка снабжена мембраной, помещенной перед рабочим электродом, с иммобилизованным на ней активным илом, а электрод сравнения и рабочий электрод выходами подключены к входам вычислительного блока сравнения и вычислительного блока суммирования, выход вычислительного блока суммирования соединен с входом вычислительного блока измерения и индикации. Также раскрывается способ экспресс-анализа биохимического потребления растворенного кислорода с использованием описанного выше устройства. Группа изобретений обеспечивает расширение функциональных возможностей и повышение точности анализа. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области определения биохимического потребления растворенного кислорода в природной и сточной воде и может быть использовано в системах лабораторного контроля технологических процессов очистки природной и сточной воды.
Известны способы и устройства для определения биохимического потребления растворенного кислорода в воде: патент России RU 2510021 С2 опубликован 20.03.2014, патент России RU 2139530 С1 опубликован 10.10.1999, патент Германии DE 4314981 А1 опубликован 02.12.1993, патент ЕР 0414182 А1 опубликован 27.02.1991.
Известен способ для непрерывного измерения биохимического потребления кислорода (патент России RU 2510021 С2 опубл. 20.03.2014), заключающийся в том, что организуют непрерывный поток забираемой на анализ воды из водного объекта в трубопровод, причем скорость течения воды в трубопроводе подбирают так, чтобы за требуемый период времени Т (где Т - длительность биохимического потребления) вода проходила расстояние между двумя соседними створами трубопровода, в которых установлены датчики для непрерывного измерения концентрации растворенного кислорода в проточной воде.
Указанный способ обладает следующим недостатком: невозможность измерения биохимического потребления кислорода в случае, когда в пробе отсутствует активный ил, участвующий в процессе биохимического окисления.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство экспресс-анализатора химического и биохимического потребления растворенного кислорода в воде (патент России RU 2139530 С1 опубл. 10.10.1999), заключающиеся в том, что в амперометрической ячейке стимулируют рост количества микроорганизмов, поглощающих кислород, с помощью работающего генератора электроимпульсного тока в течение времени, определенного таймером, в результате чего через определенное время уменьшается почти до нуля концентрация растворенного в анализируемой воде кислорода. Биохимическое потребление кислорода (БПК полное) определяют как разность начальной и конечной (нулевой) концентраций растворенного в анализируемой воде кислорода.
Указанное устройство обладает следующим недостатком: открытая электродная система, присутствующая в составе устройства, обладает низкой селективностью и подвержена влиянию второстепенных компонентов анализируемой среды, что отрицательно сказывается на точности измерения.
Технический результат, достигаемый предлагаемыми способом и устройством для его осуществления, состоит в расширении функциональных возможностей и повышении точности анализа. Технический эффект, обеспечивающий решение поставленной задачи, состоит в иммобилизации биохимического компонента в устройство для экспресс-анализа и достигается тем, что в известном способе экспресс-анализа биохимического потребления растворенного кислорода, включающем организацию забираемой на анализ воды из водного объекта, снабжение амперометрической ячейки биохимически активным компонентом потребления кислорода, согласно изобретению биохимически активный компонент потребления кислорода иммобилизуют в устройство амперометрической ячейки перед его рабочим электродом.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве для экспресс-анализа биохимического потребления растворенного кислорода, содержащем измерительный резервуар, выполненный в виде проточной амперометрической ячейки, включающей электрод сравнения и рабочий электрод в виде амперометрического датчика растворенного кислорода, блок коммутации, вычислительный блок суммирования, вычислительный блок вычисления и сравнения, вычислительный блок измерения и индикации, согласно изобретению амперометрическая ячейка снабжена мембраной, помещенной перед рабочим электродом, с иммобилизованным на ней активным илом, при этом электрод сравнения и рабочий электрод выходами подключены к входам вычислительного блока сравнения и вычислительного блока суммирования, выход вычислительного блока суммирования соединен с входом вычислительного блока измерения и индикации, блоком водоподготовки.
Кроме того, в устройстве для экспресс-анализа биохимического потребления растворенного кислорода согласно изобретению блок водоподготовки выполнен в виде последовательно соединенных воздушного компрессора, резервуара с водой, водяного насоса и блока коммутации, выходом подключенного к амперометрической ячейке, со штуцером для ввода пробы, резервуаром для хранения пробы и клапаном воздушного компрессора.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, на фиг. 2 представлен график электрических сигналов электрода сравнения, рабочего электрода и итоговая кривая сумм сигналов электрода сравнения и рабочего электрода от времени, на фиг. 3 представлен график производной сумм сигналов электрода сравнения и рабочего электрода от времени, на фиг. 4 - внешний вид предлагаемого устройства.
Блок водоподготовки 1 устройства для экспресс-анализа биохимического потребления растворенного кислорода содержит воздушный компрессор 2, подключенный к резервуару с водой 3, подключенный к водяному насосу 4, подключенный к блоку коммутации 5, к которому подключены штуцер для ввода пробы 6, резервуар для хранения пробы 7, клапан воздушного компрессора 8. Измерительный резервуар 9, выполненный в виде проточной амперометрической ячейки, включающий электрод сравнения 10 в виде амперометрического датчика растворенного кислорода, рабочий электрод 11 в виде амперометрического датчика растворенного кислорода, измерительный канал 12, мембрану 13, помещенную перед рабочим электродом, иммобилизованного на ней активного ила 14, при этом электрод сравнения 10 и рабочий электрод 11 выходами подключены к входам вычислительного блока суммирования 15 и вычислительного блока сравнения 16, выход вычислительного блока суммирования 15 соединен с входом вычислительного блока измерения и индикации 17 и входом вычислительного блока сравнения 16.
Способ экспресс-анализа биохимического потребления кислорода реализуют в устройстве, которое работает следующим образом.
Резервуар 3 (фиг. 1) заполняют дистиллированной водой, которая является движущей силой для подачи пробы в измерительный резервуар 9 и необходима для промывки измерительного канала 12. Постоянный расход воды и пробы обеспечивает водяной насос 4. Для насыщения кислородом воздуха, который необходим для поддержания активного ила 14 вне эндогенного состояния, дистиллированной воды предназначен воздушный компрессор 2. Также воздушный компрессор 2 обеспечивает продувку измерительного канала 12 после анализа для удаления остатков проб. Нагнетание воздуха в измерительный канал осуществляется при помощи клапана 8.
Перед проведением анализа проба в необходимом объеме вводится через штуцер 6 в резервуар 7. Излишки пробы сливаются через дренаж.
Блок коммутации 5 обеспечивает подведение атмосферного воздуха, дистиллированной воды и пробы к амперометрической ячейке 9. В первом положении блока коммутации 5 обеспечивается продувка и промывка амперометрической ячейки 9. Во втором положении блока коммутации 5 к измерительному каналу 12 подключается резервуар с пробой 7, тем самым обеспечивается равномерная подача пробы в амперометрическую ячейку 10.
Амперометрическая ячейка 9 состоит из электрода сравнения 9, рабочего электрода 10, выполненных в виде амперометрических сенсоров кислорода и биохимически активного компонента в составе мембраны 13, и иммобилизованного на ней активного ила 14. Проба диффундирует через мембрану 13 к активному илу 14, где происходит потребление кислорода, растворенного в пробе. В ходе реакции биохимического потребления кислорода концентрация кислорода на границе рабочего электрода 11 уменьшается. Скорость падения концентрации кислорода и его остаточная величина являются функцией содержания органических примесей в пробе и могут быть выражены в БПК5 (биохимическое потребление кислорода после 5-ти суточной инкубации. Физическая величина, характеризующая уровень загрязнения воды [1]). Непрерывное измерение концентрации кислорода при протекании реакции биохимического окисления обеспечивает рабочий электрод 11.
Для обеспечения большей точности проведения анализа в устройстве предусмотрена дифференциальная схема подключения электродов. Электрод сравнения 10 обеспечивает измерение кислорода в пробе без учета биохимического потребления кислорода.
Для обработки сигналов электродов и выражения результата в единице измерения БПК5 предназначены вычислительные блоки обработки информации: вычислительный блок суммирования 15, вычислительный блок сравнения 16, вычислительный блок измерения и индикации 17.
Вычислительный блок суммирования 15 реализует дифференциальную схему подключения амперометрических сенсоров и обеспечивает выделение полезного электрического сигнала рабочего электрода 11 с учетом сигнала электрода сравнения 10 по следующей формуле:
где S - итоговый электрический сигнал (см. фиг. 2),
S1 - электрический сигнал электрода сравнения 10,
S2 - электрический сигнал рабочего электрода 11,
S2 0 - электрический сигнал рабочего электрода 11 в начальный момент времени проведения анализа.
Вычислительный блок измерения и индикации 17 осуществляет дальнейшее дифференцирование электрического сигнала S для определения max(dS/dt) (см. фиг. 3) и последующее его приведение к БПК5 по следующей формуле:
где К - коэффициент чувствительности, получаемый при проведении калибровки устройства по ГСО (государственный стандартный образец) с известным БПК5.
Из [1] известно, что активная реакция воды при определении БПК должна быть в пределах 6,5-8,5 мг/л. Для выполнения этого условия предназначен вычислительный блок сравнения 16, который обеспечивает выполнение следующих условий:
где min(S)20 - минимальное значение итогового электрического сигнала, приведенное к 20°С,
min(S1)20 - минимальное значение электрического сигнала электрода сравнения 10, приведенное к 20°С,
min(S2)20 - минимальное значение электрического сигнала рабочего электрода 11, приведенное к 20°С.
Если не выполняется (4), то необходимо провести насыщение кислородом воздуха анализируемой пробы.
Если не выполняется (3) или (5), то необходимо провести разбавление пробы по [2] и произвести расчет БПК5 по формуле
БПК5=БПК5 (2)*k,
где БПК5 (2) - БПК5, полученный по формуле (2),
k - коэффициент разбавления.
Все элементы устройства размещены компактно в едином корпусе с габаритами 30×25×15 (см) (фиг. 4).
Таким образом, благодаря способу и устройству обеспечивается высокая точность анализа, широкий диапазон определяемых величин БПК и расширены функциональные возможности применения устройства для анализа различных природных и сточных вод без необходимости предварительной инкубации пробы [1].
Литература
1. «Методы исследования качества воды водоемов». Новиков Ю.В., Ласточкина К.О., Болдина З.Н., Москва: «Медицина», 1990 г., стр. 86-87.
2. Методика выполнения измерений № ФР.1.31.2007.03436 «Количественный химический анализ вод МВИ биохимической потребности в кислороде после n-дней инкубации (БПКполн) в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных водах. ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97», Москва, 2004, стр. 10-14, 18.
Claims (3)
1. Устройство для экспресс-анализа биохимического потребления растворенного кислорода, содержащее измерительный резервуар, выполненный в виде проточной амперометрической ячейки, включающий электрод сравнения и рабочий электрод в виде амперометрического датчика растворенного кислорода, блок коммутации, вычислительный блок суммирования, вычислительный блок вычисления и сравнения, вычислительный блок измерения и индикации, отличающееся тем, что снабжено блоком водоподготовки, амперометрическая ячейка снабжена мембраной, помещенной перед рабочим электродом, с иммобилизованным на ней активным илом, при этом электрод сравнения и рабочий электрод выходами подключены к входам вычислительного блока сравнения и вычислительного блока суммирования, выход вычислительного блока суммирования соединен с входом вычислительного блока измерения и индикации.
2. Устройство для экспресс-анализа биохимического потребления растворенного кислорода по п. 1, отличающееся тем, что блок водоподготовки выполнен в виде последовательно соединенных воздушного компрессора, резервуара с водой, водяного насоса и блока коммутации, выходом подключенного к амперометрической ячейке, со штуцером для ввода пробы, резервуаром для хранения пробы и клапаном воздушного компрессора.
3. Способ экспресс-анализа биохимического потребления растворенного кислорода, включающий организацию забора воды из водного объекта на анализ, подачу пробы в амперометрическую ячейку устройства по п. 1, непрерывное измерение концентрации кислорода при протекании реакции биохимического окисления с помощью рабочего электрода.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015120235A RU2608443C2 (ru) | 2015-05-28 | 2015-05-28 | Способ экспресс-анализа биохимического потребления кислорода и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015120235A RU2608443C2 (ru) | 2015-05-28 | 2015-05-28 | Способ экспресс-анализа биохимического потребления кислорода и устройство для его осуществления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015120235A RU2015120235A (ru) | 2016-12-20 |
| RU2608443C2 true RU2608443C2 (ru) | 2017-01-18 |
Family
ID=57759135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015120235A RU2608443C2 (ru) | 2015-05-28 | 2015-05-28 | Способ экспресс-анализа биохимического потребления кислорода и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2608443C2 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3815004A1 (de) * | 1988-05-03 | 1989-11-16 | Gimat | Vorrichtung zur polarographischen messung des sauerstoffgehalts in fluessigen und gasfoermigen medien |
| EP0414182A1 (de) * | 1989-08-23 | 1991-02-27 | Forschungszentrum Jülich Gmbh | Vorrichtung zur Bestimmung der biochemischen Sauerstoffverbrauchsrate und deren Verwendung |
| RU2095802C1 (ru) * | 1993-08-24 | 1997-11-10 | Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им.Ф.В.Лукина | Устройство для электрохимического определения содержания органических примесей в воде |
| RU2139530C1 (ru) * | 1998-08-04 | 1999-10-10 | Хохлов Виктор Васильевич | Экспресс-анализатор химического и биохимического потребления растворенного кислорода в воде |
| RU2510021C2 (ru) * | 2012-01-31 | 2014-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных проблем Российской академии наук (ИВП РАН) | Способ и устройство для непрерывного измерения биохимического потребления кислорода, биохимической потребности в кислороде и скорости биохимического окисления |
-
2015
- 2015-05-28 RU RU2015120235A patent/RU2608443C2/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3815004A1 (de) * | 1988-05-03 | 1989-11-16 | Gimat | Vorrichtung zur polarographischen messung des sauerstoffgehalts in fluessigen und gasfoermigen medien |
| EP0414182A1 (de) * | 1989-08-23 | 1991-02-27 | Forschungszentrum Jülich Gmbh | Vorrichtung zur Bestimmung der biochemischen Sauerstoffverbrauchsrate und deren Verwendung |
| RU2095802C1 (ru) * | 1993-08-24 | 1997-11-10 | Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им.Ф.В.Лукина | Устройство для электрохимического определения содержания органических примесей в воде |
| RU2139530C1 (ru) * | 1998-08-04 | 1999-10-10 | Хохлов Виктор Васильевич | Экспресс-анализатор химического и биохимического потребления растворенного кислорода в воде |
| RU2510021C2 (ru) * | 2012-01-31 | 2014-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных проблем Российской академии наук (ИВП РАН) | Способ и устройство для непрерывного измерения биохимического потребления кислорода, биохимической потребности в кислороде и скорости биохимического окисления |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015120235A (ru) | 2016-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Krom et al. | High‐resolution pore‐water sampling with a gel sampler | |
| US7264709B2 (en) | Method and apparatus for conditioning a sensor for measuring oxidation reduction potential | |
| JP4839166B2 (ja) | シアン濃度測定方法及び測定装置 | |
| JP2015010830A (ja) | 分析装置 | |
| CN104090014B (zh) | 一种水质急性毒性的检测方法及其装置 | |
| US9423373B2 (en) | Method for detecting biochemical oxygen demand | |
| CN102288653A (zh) | 生化需氧量bod在线测定仪及用其检测的方法 | |
| CN104330455A (zh) | 利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的方法与装置 | |
| CN102109512A (zh) | 一种检测水质毒性的装置及方法 | |
| RU2608443C2 (ru) | Способ экспресс-анализа биохимического потребления кислорода и устройство для его осуществления | |
| US20020028478A1 (en) | Process for examining membrane enclosed biocompartments | |
| RU161808U1 (ru) | Устройство для экспресс-анализа биохимического потребления кислорода | |
| CN104181319A (zh) | 一种用于全自动化学分析仪的镉柱还原检测装置 | |
| CN204255958U (zh) | 氨氮在线监测仪 | |
| JP6191404B2 (ja) | 汚泥活性度測定装置および汚泥活性度の測定方法 | |
| KR100923905B1 (ko) | 오염수의 질소이온 연속 측정 시스템 | |
| CN104391028A (zh) | 利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的方法与装置 | |
| KR100798053B1 (ko) | 수질 분석장치 | |
| CN103278495B (zh) | 污水处理系统中活性污泥比耗氧速率在线测定装置及方法 | |
| RU2391654C1 (ru) | Проточная ионометрическая ячейка | |
| CN204116363U (zh) | 一种用于全自动化学分析仪的镉柱还原检测装置 | |
| EP0670491B1 (en) | Method and device of measuring the concentration of total ammonium in a liquid medium | |
| CN114047228B (zh) | 一种沉积物耗氧污染物的解析装置及方法 | |
| Beach et al. | A Computerized Respirometric Method for Determining Inhibition Potential of Wastewaters | |
| JP3585905B2 (ja) | 活性汚泥の活性および廃水の分解性の試験方法 |