SU855497A1 - Датчик дл оценки токсичности жидкости - Google Patents

Abstract

1. ДАТЧИК ДЛЯ ОЦЕНКИ ТОКСИЧНОСТИ ЖИДКОСТИ, в нижней части корпуса которого расположена камера, ограниченна  сверху воспринимающей поверхностью детектирующего электрода, а снизу - полупроницаемой мембраной и снабженна  впускной и выпускной трубками, концы которых выведены л верхнюю часть корпуса, отличающийс  тем, что, с целью точного определени  суммарной точности жидкости , камера выполнена светонепроницаемой и соединена световодами с источником света, которьй установлен в дополнительной полости-корпуса, изолированной от камеры, и полости детектирующего электрода, полупроница ема  мембрана выполнена диализной и светонепроницаемой, а впускна  и выпускна  трубки снабжены приспособлением дл  их перекрыти . 2. Датчик по п. 1, отличающийс  тем, что высота камеры выбрана от 1,0 до 3,0 мм. 3.Датчик по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что внутренн   поверхность образована ныходными торцами световодов. 4.Датчик по п. 1, о т л и ч а ющ и и с   тем, что приспособление дл  перекрыти  трубок выполнено в виде установленного с уплотнением в прилегающей к камере части корпуса с возможностью поворота в три фиксированных положени  кольца, при этом в месте установки кольца трубки имеют вырез на его толщину, причем кольцо имеет прорези дл  световодов и три отверсти , которые расположенр так, что в одном из крайних положений кольца два отверсти  соедин ют неохние сл и нижние части обеих трубок, в другом крайнем положении верхн   и нижн  , части впускной трубки соединены треть им отверстием, а в промежуточном положении обе трубки перекрыты. 00 СП 5.Датчик по п. 1, о т л и ч а ющ и и с   тем, что в корпусе устаел новлен термодатчик. 4: 6.Датчик по пп. 1 и 4, о т л и СО чающий с   тем, что, с целью удобства эксплуатации, корпус выпопнен разъемным, а провода от детектирующего электрода и от термодатчика имеют разъемы в виде, например, нормально замкнутых контактов, установленных в герметичной полости, а верхн   часть корпуса выполнена удлиненной или в виде присоединенной штанги. 7.Датчик по п. 1,отличающ и и с   тем, что диализна  светонепроницаема  мембрана выполнена, например, из черного капрона с  чейкой 1-3 мкм и толщиной 10-100 мкм.

Description

18 Изобретение относитс  к устройствам дл  исследовани  химических свойств веществ,- точнее к анализу воды методом биологической индикации и предназначено дл  контрол  токсич ности сточных вод. Известно фотоактивное электрохими ческое устройство дл  оценки токсичности жидкостей по интенсивности фотосинтеза и дыхани  водорослей, содержащее электрохимический датчик . растворенного кислорода, герметично соединенньй с камерой, имеющей светопроницаемое окно и отверстие дл  ввода суспензии водорослей и добавок магнитную мешалку, термостатирующую рубашку, термометр, источник света C11. Устройство позвол ет определ ть суммарную токсичность жидкостей, однако оно имеет лабораторное исполнение и не может быть использовано дл  оценки токсичности жидкости непосред ственно в водоемах. Известен также датчик дл  оценки токсичности,, в нижней части корпуса которого расположена камера, ограниченна  сверху воспринимающей поверхностью детектирующего электрода, а снизу - полупроницаемой мембраной и снабженна  вйускной и выпускной труб ками, концы которых выведены в верхнюю часть корпуса С23, Хот  датчик, представл ющий собой ферментный электрод, компактен и позвол ет с большей точностью опре дел ть отдельные биологически активные вещества, его нельз  использоват дл  оценки суммарной токсичности жид кости. Цель изобретени  - точное определение суммарной токсичности жидкости Цель достигаетс  тем, что в датчи ке дл  оценки токсичности жидкости, в нижней части корпуса которого расположена камера, ограниченна  сверху воспринимающей поверхностью детектирующего электрода, а снизу - полупро ницаемой мембраной и снабженна  впускной и вьтускной трубками, концы которых выведены в верхнюю часть кор пуса, камера выполнена светонепрони цаемой и соединена световодами с источником света, которьй установлен

в дополнительной полости корпуса, изо- jj динени  свободно проникают через нее

лированной от камеры и полости детектирующего электрода, полупроницаема  мембрана выполнена диализной и светонепроницаемой , а впускна  и вьтуск-

из анализируемой воды. Снабжение впускной и выпускной трубок приспособлением дл  их перекрыти  позвол -, ет дозировать культуру в камере, про-. 7 на  тр/бки снабжены приспособлением дл  их перекрыти . При этом высота камеры выбрана от 1,0 до 3,0 мм, а внутренн   поверхность камеры образована выходными торцами световодов. Приспособление дл  перекрыти  трубок вьшолнено в виде установленного с уплотнением в прилегающей к камере части корпуса с возможностью поворота в три фиксированных положени  кольца, при этом в месте установки кольца трубки.имеют вырез на его толщину. Причем кольцо имеет прорези дл  световодов и три отверсти , которые расположены так, что в одном из крайних положений кольца два отвер сти  соедин ют верхние и нижние части обеих трубок, в другом крайнем положении верхн   и нижн   части впускной трубки соединены третьим отверстием, а в промежуточном положении обе трубки перекрыты. В корпусе установлен теомодатчик. Дл  удобства эксплуатации корпус вьшолнен разъемным, провода от детектирующего электрода и от термодатчика имеют разъемы в .виде, например, нормально замкнутых контактов, .установленных в герметичной полости, а верхн   часть корпуса выполнена удлиненной или в виде присоединенной щтан ги. Диализна  светонепроницаема  мембрана выполнена, например, из черного капрона с  чейкой 1-3 мкм и толщиной 10-100 мкм. Суммарна  токсичность жидкости определ етс  с помощью фотосинтезиРУЮ1ДИХ микроорганизмов, помещаемых в камеру. Выполнение камеры светопроницаемой обеспечивает возможность устанавливать начальную точку отсчета , так как в темноте фотосинтезирующие клетки потребл ют кислород. Следовательно , к началу измерений концентраци  кислорода в камере равна нулю. При освещении камеры в клетках культуры начинаетс  активный фотосинтез с вьщелением кислорода. По угнетенению фотосинтеза суд т о суммарной токсичности жидкости. Диализна  мембрана не дает клеткам выйти из камеры, в то же врем  токсичные соеводить ее концентрирование, а также проводить промывку камеры. Высота камеры выбрана 1,0-3,0 мм, чтобы обеспечить быстродействие токсиканта на клетки культуры, а также равномер нов повреждение клеток токсикантом, так как токсичные вещества легко диф фундируют и за короткое врем , не более 2 мин, проход т рассто ние 3,0 мм. Это, помимо исключени  необходимости перемешивани  культуры, увеличивает экспрессность измерени . Вли ние растворенногд кислорода в жидкости на показание детектирующего электрода, который регистрирует активньш фотосинтез, незначительно в случае, когда высота камеры 1 мм, так как измер етс  растворенный кислород в камере через 3 мин после включени  света, и за это врем  из внешней среды кислород не успевает продиффундировать к регистрирующей поверхности детектирующего электрода . Такой интервал высоты камеры обеспечивает максимальную чувствительность и минимальную ошибку регис рации изменени  активность фотосинте за культуры клеток. То, ITO внутренн   бокова  поверхность камеры образована выходными торцами световодов, обеспечивает равномерное освещение культуры внутри полости камеры, а это повьпвает точность измерени  фото синтеза. Предлагаемое приспособление дл  перекрыти  трубок обеспечивает простоту и оперативность перекрыти  трубок и выбор необходимого ;режима работы датчика (дозирование, концентрирование и промывку камеры). Термодатчик позвол ет измер ть темпе ратуру в непосредственной близости от детектирующего электрода и, следо вательно, более точно определить поправочный коэффициент при корректи ровке показаний электрода, что также повышает точность измерени . Вьшолне ние корпуса разъемным позвол ет оперативно проводить разборку датчика, замен ть изношенные элементы. На фиг. 1 изображен датчик дл  оценки токсичности жидкостей, общий вид, разрез по трубкам ввода и вьгеода культуры на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1-, на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг, 2;на фиг. 5 - датчик дл  оценки токсичности жидкостей, разрез по све товодам; на фиг. 6 - разрез Г-Г на 74 фиг. 5; на фиг.- 7 - разрез Д-Д на фиг. 5; на фиг. 8 - разрез Е-Е на фиг. 5; на фиг. 9 - зависимость концентрации кислорода и величины диффузионного тока от температуры, на фиг. 10 - зависимость фотосинтеза хлореллы от температуры. Датчик дл  оценки токсичности жидкости состоит из составного корпуса 1 (фиг. 1), в нижней части которого расположена камера 2, ограниченна  сверху восприни ающей поверхностью 3 детектирующего электрода 4, а снизу полупроницаемой мембраной 5, котора  выполнена диализной и светонепроницаемой . Камера 2, снабженна  впускной 6 и выпускной 7 трубками, концы которых выведены в верхнюю часть корпуса 1, вьшолнена светонепроницаемой и соединена с источником света 8 световодами 9 (фиг. 5). Причем внутренн   поверхность камеры 2 образована выход ными торцами световода 9. Источник света 8 установлен в дополнительной полости 10 (фиг. 5) корпуса 1, изолированной от камеры 2 и полости 11 детектирующего электрода 4. Кльцо 12 дл  перекрыти  трубок 6 и 7 с уплотнением 13 в прилегающей к камере 2 части корпуса 1 (фиг. 1) вьтолнено с . возможностью поворота в три фиксированных положени . При этом в месте установки кольца на его толщину трубки 6 и 7 имеют вырез. Причем кольцо имеет прорези 14 дл  световодов 9 и . три отверсти  15, 16 и 17 (фиг. 7), которые расположены по окружности так, что в одном из крайних положе ий -кольца Т2 два отверсти  15 И 17 соедин ют верхние и нижние части 6 и 7, в другом крайнем положении кольца 12 соединены верхн   и нижн   части впускной трубки 6 третьим отверстием 16, а в промежуточном положении обе трубки 6 и 7 перекрыты. В корпусе 1 установлен термодатчик 18 (фиг. 6), имеющий защитный колпачок 19. Провода 20 (фиг. 5). термодатчика 18 соедин ютс  с разъемом 21 (фиг. 2). Анод 22 и катод 23 (фиг. 1) с токоподводом 24 детектирующего электрода 4 соединены с разъемами 25 и 26 (фиг.2), вьтолненными в виде пружинных контактов , которые установлены в дополнительной полости 10 на пробке 27 (фиг. 1), котора  изолирует полость 10 от полости 11 детектирующего электрода 4, заполненной электролитом (КС1 0,1 н. раствор).

Корпус 1 выполнен разъемным и состоит из штанги 28, соединенной с помощью верхней гайки 29 с втулкой 30 и верхней частью 31 корпуса „1. Верхн   часть 31 соединена с нижней частью 32, котора  св зана с приемником 33 с помощью нижней гайки 34. Между нижней частью 32 корпуса 1 и приемником 33 в области трубок 6 и 7 установлены прокладки 35, а между верхней частью 31 корпуса 1 и втулкой 30 в области трубок 6 и 7 установлены прокладки 36. Во втулке 30 трубки 6 и 7 уплотн ютс  уплотнителем 37. Разъем 21 термодатчика 18 имеет гнездо 38 и вилку 39 (фиг. 3), которые в собранном виде датчика нормально замкнутые, а разъем 25 диода 22 и разъем 26 катода 23 имеют лепесток 40 и пружинный контакт 41.(фиг. 4), которые в собранном виде датчика нормально замкнутые. В корпусе 1 предусмотрена .фиксаци  щтанги 28 к втулке 30 (фиг. 1) с помощью винтов 42 (фиг. 5). Вилка 39 разъемов 21 и пружинный контакт 41 разъемов 25 и 26 подключены к измерительному блоку (не показан), источник света 8 подключен к источнику питани  (не показан ) . Впускна  6 и вьтускна  7 трубки соединены с емкостью культуры и емкостью отобранной культуры, а также с емкостыб промывочной жидкости, причем на трубке 6 установлен перистальтический насос (-не показан) .

Токсичность предлагаемым датчиком оцениваетс  следующим образом.

После калибровки, котора  осуществл етс  перед каждой серией измерений , в камеру 2 прокачивают культуру фотосинтезирующих организмов, напри мер одноклеточных зеленых водорослей: При этом кольцо 12 дл  перекрыти  трубок 6 и 7 установлено в режиме Прокачка. Затем кольцо 12 поворачивают в положение Уплотнение. В этом режиме перекрыта выпускна  трубка 7. Датчик необходимо держать в вертикальном положении: штанга 28 сверху , а камера 2 - снизу. Питательна  срела выходит через диализную мембрану 5, а клетки культуры остаютс  в камере 2, таким образом происходит уплотнение, т.е. увеличение концентрации культуры до определенной величины. Так как кольцо 12 установлено вблизи камеры 2, то в процессе уплотнени  впускна  трубка 6 не забиваетс , а это обеспечивает надежную работу датчика.. После уплотнени  кол , цо 12-поворачивают в« положение Работа , в котором перекрыты обе трубки 6 и 7. Насос прокачки выключаетс . Таким образом, в камере 2 находитс  культура, доведенна  до определенной высокой концентрации.

Датчик опускаетс  в исследуемую жидкость и вьщерживаетс  в ней 20 ми За . это врем  токсические вещества проникают через диализнзпо мембрану 5 и воздействуют на клетки водорослей. Так как диализна  мембрана 5 выполнена светонепроницаемой, то в камере 2, также светонепроницаемой, клетки водорослей п6глощак)т кислород (процесс дыхани ). За 20 мин показание детектирующего электрода 4. равно нулю (ко.нцентраци  растворенного кислорода в камере 2 вблизи электрода 4 равна нулю), обеспечива  таким образом надежную точку отсчета в процессе измерени .

Затем включают источник света В. Свет проходит по световодам 9, попадает в камеру 2, освеща  равномерно тонкий слой культуры. Равномерное освещение обеспечиваетс  за счет того, что . боковые поверхности камеры 2 образованы торцами световодов 9. В этот момент начинаетс  процесс фотосинтеза , т.е. клетки водорослей продуцируют и вьщел ют кислород. В камере 2 повьпнаетс  концентраци  растворенного кислорода, что и регистрирует детектирующий электрод 4. В зависимости от поражени  токсичности комплексом химических веществ клетки водорослей по-разному фотосинтезируютс , поэтому по скорости изменени  концентрации кислорода в камере 2 можно оценивать токсичность исследуемой жидкости. Считывание показаний с прибора необходимо проводить через 3-5 мин после включени  источника света 8. Действи  токсиката на водоросли за 20 мин достаточно дл  надежной оценки . Так как исследуема  среда может иметь различную температуру, а детектирующий электрод 4 имеет тем- пературную зависимость (см.фиг. 9, крива  А), то необходимо этот факт учитывать при оценке токсичности. Дл  этой цели в датчик введен термодатчик 18, выполненный на базе бес7 корпусного полупроводникового прибора (транзистор 2Т, 317 В), который включен в обратную св зь усилител  сигнала. Дл  дальнейшего повьпиени  точности оценки токсичности необходи мо при анализе результатов вводить поправочньй коэффициент, что св зано с зависимостью активности фотосинтеза водорослей от температуры (см. лфиг. 10). Корректировка показаний проводитс  по графику (фиг. 10), либо по таблице, рассчитанной из это го графика. После проЬедени  оценки источник света 8 включаетс , датчик вьшимаетс  из исследуемой жидкости, кольцо 12 устанавливаетс  в положение р.ежима Прокачка, трубка 6 пере ключаетс  на емкость с промывочной жидкостью (дистиллированна  вода, спирт). Включаетс  насос прокачки, в течение 3 мин промывают датчик, после чего датчик готов к следующему . циклу работы. Пример оценки токсичности вод до и после биологической очистки. Включаетс  усилитель датчика, при этом подаетс  пол ризационное напр жение 0,61 В на. детектирующий электрод и включаетс  термодатчик. Производитс  калибровка датчика посредством погружени  его в калибровочные растворы с известньм содержанием растворенного кислорода. Первую калй ровочную точку, нулевое содержание 7 растворенного кислорода, получают добавлением в раствор 3 г/л сульфита . натри , а вторую калибровочную точку - методом н&сыщени - раствора воздуха и изменением температуры (таблич ные величины, Т 25 ° С, COj i 3,). Затем включаетс  насос прокачки культуры хлореллы, при этом кольцо устанавливаетс  в положение режима Прокачка. Через 15 с кольцо устанавливаетс  в положение режима Уплотнение, по истечении 20 с наicoc выключаетс  и кольцс5 устанавли ваетс  в положение режима Работа. В процессе этих операций датчик вьщер живаетс  в вертикальном положении и не погружен в жидкую среду. После это го он погружаетс  в контролируемую жидкость и находитс  в таком состо НИИ 20 мин, в течение которых показани  прибора достигают нулевого значени . Далее включаетс  источник света. Через 4 мин регистрируетс  скорость изменени  растворенного кислорода в камере, что соответствует активности фотосинтеза в даннЕ 1й момент времени. Из KajIii6poBO4Horo графика (фиг. 10) беретс  контролирующий коэффициент, соответствующий текущей температуре (при Т 24° С, К 0,51), считаем, что при Т . 15 , К 1) . В таблице приведены результаты при Т 24,2 °С. измерени 

Скорость изменени  кислорода , (мг/л с)

0,22

Токсичность, 0,042 усл. ед.

Токсичность оцениваетс  как отношение результатов измерени  контролируемой жидкости к водопроводной воде.

5,21

3,98

0,764

Предлагаемый датчик прост в изготовлении и не требует высококвалифицированного обслуживающего персонала.

29

Z6

Л

0ut.Z

5-6

в-в

Г-Г

,5

Фиг. 6

W

/3

W

Фиг,7

Фиг.8

Ю 20 30 W

гЯ7

Claims (7)

1. ДАТЧИК ДЛЯ ОЦЕНКИ ТОКСИЧНОСТИ ЖИДКОСТИ, в нижней части корпуса которого расположена камера, ограниченная сверху воспринимающей поверхностью детектирующего электрода, а снизу - полупроницаемой мембраной и снабженная впускной и выпускной трубками, концы которых выведены в верхнюю часть корпуса, отличающийся тем, что, с целью точного определения суммарной точности жидкости, камера выполнена светонепроницаемой и соединена световодами с источником света, который установлен в дополнительной полости·корпуса, изолированной от камеры, и полости детектирующего электрода, полупроница емая мембрана выполнена диализной и светонепроницаемой, а впускная и выпускная трубки снабжены приспособлением для их перекрытия.

2. Датчик поп. 1, отличающийся тем, что высота камеры выбрана от 1,0 до 3,0 мм.

3. Датчик по пп. 1 и 2, о т лича ю щ и й с я тем, что внутренняя поверхность образована выходными торцами световодов.

4. Датчик по п. ^отличающийся тем, что приспособление для перекрытия трубок выполнено в виде установленного с уплотнением в прилегающей к камере части корпуса с возможностью поворота в три фиксированных положения кольца, при этом в месте установки кольца трубки имеют вырез на его толщину, причем кольцо имеет прорези для световодов и три отверстия, которые расположены так, что в одном из крайних положений кольца два отверстия соединяют веохние и нижние части обеих трубок, в другом крайнем положении верхняя и нижняя. части впускной трубки соединены треть им отверстием, а в промежуточном положении обе трубки перекрыты.

5. Датчик по п. ^отличающийся тем, что в корпусе установлен термодатчик.

6. Датчик по пп. 1 и 4, о т л и чающий с я тем, что, с целью удобства эксплуатации, корпус выполнен разъемным, а провода от детектирующего электрода и от термодатчика имеют разъемы в виде, например, нормально замкнутых контактов, установленных в герметичной полости, а верхняя часть корпуса выполнена удлиненной или в виде присоединенной штанги.

7. Датчик поп. ^отличающийся тем, что диализная светонепроницаемая мембрана выполнена, например, из черного капрона с ячейкой 1-3 мкм и толщиной 10-100 мкм.

SU .... 855497

1 855497 2