专利名称：用于检测水体毒性的检测装置及水体毒性的检测方法
技术领域：
本发明属于水体检测技术领域，尤其涉及一种用于检测水体毒性的检测及水体毒性的检测方法。
背景技术：
随着人类生产活动的发展，大量化学品不断进入水环境中，成为水体污染的主要污染源。这些化学品污染物大多不是人体组成成分，也不是人体所需营养物质或维持正常生理功能必须的物质，但其可与人体接触并进入人体，产生一定的生物学作用，如当有毒有害化学品通过食物网的放大作用进入人体内可能会危害人体健康甚至生命。另外，水体中化学品污染也会使水体中的生物收到危害，因此，对水体毒性进行检测及监测是评价水体是否收到污染以及判断污染程度的重要手段。在水体毒性检测及监测方法中，生物检测由于结果直观等优点而受到广泛关注， 蛙类、鱼类、小鼠、浮游生物、海藻等生物已被用于水体毒性检测，但是，以上述生物进行水体毒性检测时具有测试周期长、成本高、操作复杂等缺点，不仅难以推广，而且不能满足现场快速检测需要。微生物种群数量大、生长周期短、对环境变化的敏感性高，具有与高等动物类似的物理化学特性和酶作用过程，因此适合开发省时、低耗、无道德争议的快速生物学毒性测试方法，尤其适合开发小型便携式水体毒性检测设备。在微生物毒性检测方法中，基于发光微生物的检测技术应用最为广泛。国际IS011348-3规定使用深海发光细菌 V. fischeri作为受试生物，为了平衡渗透压，测试必须在高盐度条件下进行，可能会引起样品中某些化学品性质的改变，如，对于低浓度金属样品，盐度校正会导致假阴性的结果；而对于一些溶解度低的样品，如苯酚等，则会由于毒物的析出而导致假阳性结果。而且，该方法采用荧光检测，检测信号易受水体浊度影响，不适于浑浊和有颜色的样品。另外，发光细菌在自然界中不是普遍存在的微生物，获得和保存较为困难，商品发光细菌价格较为昂贵， 导致检测成本较高。电分析仪器具有检测灵敏度高、成本低、适合小型化等优点，广泛应用于环境监测、生物分析、医学检测等领域。在微生物的新陈代谢过程中，微生物可以通过自身的呼吸作用将电子传递给电子媒介体，当毒性物质存在时，微生物的呼吸作用受到抑制，进而阻碍微生物和电子媒介体之间的电子传递，因此，可以开发基于微生物的用于水体毒性检测和监测的电化学方法和仪器。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于检测水体毒性的检测装置及水体毒性的检测方法，本发明提供的检测装置结构简单、检测准确度高、重现性好，适于在线水体毒性检测和监测。本发明提供了一种用于检测水体毒性的检测装置，包括微生物培养装置和与所述微生物培养装置相连通的电化学检测装置，其中，
所述电化学检测装置包括电化学检测池；设置在所述电化学检测池内的工作电极、参比电极和对电极；保持所述电化学检测池恒温的恒温装置。
优选的，所述工作电极为微阵列电极。优选的，所述微阵列电极的材质为金、银、铜、钼、钯、镍、铁和碳中的一种或多种。优选的，所述微生物培养装置包括微生物培养室；控制所述微生物培养室温度的温度控制装置；对所述微生物培养室进行振荡的振荡装置。优选的，所述微生物培养装置还包括设置于所述微生物培养室内的微生物载体。优选的，所述微生物载体为活性炭、多孔陶土、微孔玻璃、海藻酸盐、卡拉胶、琼脂、 聚丙烯酰胺凝胶、聚乙烯醇凝胶或聚氨酯泡沫。本发明还提供了一种水体毒性的检测方法，包括以下步骤a)向待测水样中加入电子媒介体和微生物，培养后得到混合溶液；b)采用三电极体系检测所述混合溶液的电流，所述三电极体系中工作电极为微阵列电极。优选的，在所述步骤a)之前还包括向标准水样中加入电子媒介体和微生物，培养后得到第一混合溶液；采用三电极体系检测所述第一混合溶液的电流。优选的，所述微生物为固定在载体上的微生物。优选的，所述电子媒介体为铁氰化钾、中性红、二茂铁或二茂铁的衍生物。与现有技术相比，本发明提供的用于检测水体毒性的检测装置包括微生物培养装置和与所述微生物培养装置相连通的电化学检测装置，其中，所述电化学检测装置包括电化学检测池；设置在所述电化学检测池内的工作电极、参比电极和对电极；保持所述电化学检测池恒温的恒温装置。在本发明提供的检测装置中，将含有电子媒介体的待测水样在微生物培养室进行与微生物培养后，被泵入电化学检测室，采用三电极体系进行电化学检测，由于待测水样中的毒性物质会抑制微生物的呼吸作用，从而阻碍微生物和电子媒介体之间的电子传递，从而可以通过电化学检测显示电子传递的变化，并因此判断水体毒性污染情况。本发明提供的检测装置通过电化学检测装置检测水中毒性物质对微生物呼吸作用的抑制，实现水体毒性的检测，不仅结构简单，而且无需进行浓度校正，不会影响检测结果； 同时，本发明提供的检测装置不受水体浊度和颜色的影响，检测灵敏度高、重现性好。进一步的，本发明以微阵列电极为工作电极对待测水样进行检测，能够提高检测电流，从而提高检测灵敏度。
图1为本发明实施例提供的检测装置的结构示意图；图2为本发明实施例1提供的浓度与电流抑制率的曲线图；图3为本发明实施例2提供的浓度与电流抑制率的曲线4
图4为本发明实施例3提供的浓度与电流抑制率的曲线图；图5为本发明实施例及比较例提供的时间与极限电流值的关系；图6为本发明实施例6提供的不同浓度毒性物质的时间-极限电流值曲线；图7为本发明实施例7提供的不同浓度毒性物质的时间-极限电流值曲线；图8为本发明实施例8提供的不同浓度毒性物质的时间-极限电流值曲线；图9为本发明实施例9提供的不同浓度毒性物质的时间-极限电流值曲线。
具体实施例方式本发明提供了一种用于检测水体毒性的检测装置，包括微生物培养装置和与所述微生物培养装置相连通的电化学检测装置，其中，所述电化学检测装置包括电化学检测池；设置在所述电化学检测池内的工作电极、参比电极和对电极；
保持所述电化学检测池恒温的恒温装置。参见图1，图1为本发明实施例提供的检测装置的结构示意图，其中，1为微生物培养装置，2为与微生物培养装置1相连的电化学检测装置，3为连接微生物培养装置1和电化学检测装置2的管道。微生物培养装置1用于在混合有电子媒介体的待测水样或标准水样中培养微生物。在本实施例中，微生物培养装置1包括微生物培养室11 ；封闭微生物培养室11的盖子12 ；控制微生物培养室11温度的温度控制装置13和使微生物培养室11进行振荡的振荡装置14。微生物培养室11用于培养微生物，其在本实施例中为顶部开口的结构，顶部设置有可移动的盖子12。温度控制装置13的作用在于控制微生物培养室11的温度，使微生物培养室11处于恒温状态，更有利于微生物的新陈代谢，便于后续电化学检测。振荡装置14的作用在于驱动微生物培养室11进行振荡，实现微生物的振荡培养。在本发明的另外一个实施例中，除了上述各组成部分，微生物培养室11中还包括微生物载体(未在图中示出)，微生物载体能够将微生物固定，从而提高检测灵敏度和稳定性。本发明对所述微生物载体没有特殊限制，优选为活性炭、多孔陶土、微孔玻璃、海藻酸盐、卡拉胶、琼脂、聚丙烯酰胺凝胶、聚乙烯醇凝胶或聚氨酯泡沫，更优选为海藻酸盐或活性炭。在本发明的其他实施例中，微生物培养装置1也可以具有其他结构，只要能够实现微生物培养即可。混合有电子媒介体的待测水样和微生物在微生物培养装置1中进行培养后，通过管道3进入电化学检测装置2中进行电化学检测，以便获得水体毒性情况。电化学检测装置2的作用在于对经过微生物培养后的待测水样或标准水样进行电化学检测，包括电化学检测池21 ；设置在电化学检测池21内的第一电极接口 26、第二电极接口 27和第三电极接口 28 ；分别固定在第一电极接口 26、第二电极接口 27和第三电极接口 28上的工作电极23、参比电极M和对电极25 ；保持所述电化学检测池恒温的恒温装置22。电化学检测池21的作用在于容纳待测水样，其上可以设置盖子(未在本实施例中示出)。电化学检测池21上分别设置有第一电极接口 26、第二电极接口 27和第三电极接口 28，工作电极23、参比电极M和对电极25分别固定在第一电极接口 26、第二电极接口 27和第三电极接口观上。第一电极接口 26、第二电极接口 27和第三电极接口 28的作用在于固定工作电极 23、参比电极M和对电极25并调整各电极之间的距离。工作电极23、参比电极对和对电极25可以检测待测水样的电流值，并通过外接仪器显示，从而判断水体毒性。在本发明中，参比电极M和对电极25均为本领域技术人员熟知的电极，如参比电极对可以为Ag/AgCl电极，对电极为卷曲的钼丝电极等。工作电极23 是影响检测灵敏度和稳定性的重要因素，所述工作电极可以为微电极、微阵列电极等，优选为微阵列电极。所述微电极为尺寸为微米级的电极，具有传质更快，可在短时间内获得极限电流；所述微阵列电极为由若干微电极组成的电极。本发明对所述工作电极的材质没有特殊限制，可以为金、银、钯、钼等贵金属及其所述贵金属与过渡金属铜、镍、铁等的合金，也可以为铜、镍、铁等非贵金属及其合金，还可以为碳纤维等非金属或者氧化锡、氧化铟锡等金属氧化物电极。当所述工作电极为微阵列电极时，所述各微电极优选由环氧树脂、聚四氟乙烯或玻璃等材料间隔。以微阵列电极作为工作电极，能够极大的提高检测灵敏度和稳定性。恒温装置22的作用在于使电化学检测池21保持恒温，利于对待测水样中微生物呼吸作用的抑制的测量。微生物培养装置1和电化学检测装置2通过管道3相互连通，使待测水样在微生物培养装置1和电化学检测装置2中流通。为了便于待测水样的流通，本发明提供的检测装置还包括蠕动泵4。本发明提供的检测装置也用于水体毒性日常监测，也可用于水体急性毒性的检测，用于水体毒性日常监测时，其使用方法如下将待测水样、电子媒介体和微生物在电流检测池内混合后进行电化学检测，得到待测水样未经培养的电流值；将所述混合溶液送入微生物培养装置1中进行培养，然后将培养后的待测水样通过管道3送入电化学检测装置2中进行电化学检测，得到待测水样培养后电流值；根据该两个电流值判断水体毒性情况。用于水体毒性急性毒性检测时，使用方法如下将标准水样、电子媒介体和微生物在电流检测池内混合后进行电化学检测，得到标准水样未经培养的电流值；将所述混合溶液送入微生物培养装置1中进行培养，然后将培养后的标准水样通过管道3送入电化学检测装置2中进行电化学检测，得到标准水样培养后电流值；将待测水样、电子媒介体和微生物在电流检测池内混合后进行电化学检测，得到待测水样未经培养的电流值；将所述混合溶液送入微生物培养装置1中进行培养，然后将培养后的待测水样通过管道3送入电化学检测装置2中进行电化学检测，得到待测水样培养后电流值；〔0066〕 根据上述电流值判断待测水体的毒性。
〔0067〕 采用本发明提供的检测装置判断水体毒性的原理如下
〔0068〕 在将微生物在含有电子媒介体的水样中进行培养的过程中，微生物进行新陈代 谢，消耗氧气分解水中的有机物，并将其转化为简单的无机物，如式(丨)、式^所示 ^0069^
权利要求
1.一种用于检测水体毒性的检测装置，其特征在于，包括微生物培养装置和与所述微生物培养装置相连通的电化学检测装置，其中，所述电化学检测装置包括 电化学检测池；设置在所述电化学检测池内的工作电极、参比电极和对电极； 保持所述电化学检测池恒温的恒温装置。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述工作电极为微阵列电极。
3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述微阵列电极的材质为金、银、铜、 钼、钯、镍、铁和碳中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述微生物培养装置包括 微生物培养室；控制所述微生物培养室温度的温度控制装置； 对所述微生物培养室进行振荡的振荡装置。
5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述微生物培养装置还包括设置于所述微生物培养室内的微生物载体。
6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述微生物载体为活性炭、多孔陶土、微孔玻璃、海藻酸盐、卡拉胶、琼脂、聚丙烯酰胺凝胶、聚乙烯醇凝胶或聚氨酯泡沫。
7.一种水体毒性的检测方法，包括以下步骤a)向待测水样中加入电子媒介体和微生物，培养后得到混合溶液；b)采用三电极体系检测所述混合溶液的电流，所述三电极体系中工作电极为微阵列电极。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤a)之前还包括 向标准水样中加入电子媒介体和微生物，培养后得到第一混合溶液； 采用三电极体系检测所述第一混合溶液的电流。
9.根据权利要求7或8所述的检测方法，其特征在于，所述微生物为固定在载体上的微生物。
10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，所述电子媒介体为铁氰化钾、中性红、二茂铁或二茂铁的衍生物。
全文摘要
本发明提供了一种用于检测水体毒性的检测装置，包括微生物培养装置和与所述微生物培养装置相连通的电化学检测装置，其中，所述电化学检测装置包括电化学检测池；设置在所述电化学检测池内的工作电极、参比电极和对电极；保持所述电化学检测池恒温的恒温装置。本发明还提供了一种水体毒性的检测方法。本发明提供的检测装置通过电化学检测装置检测水中毒性物质对微生物呼吸作用的抑制，实现对水体毒性的检测，不仅结构简单，而且无需进行浓度校正，不会影响检测结果；同时，本发明提供的检测装置不受水体浊度和颜色的影响，检测灵敏度高、重现性好。本发明以微阵列电极为工作电极对待测水样进行检测，能够提高检测电流，从而提高检测灵敏度。
文档编号G01N27/416GK102520047SQ201110427038
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者刘畅, 翟俊峰, 董绍俊, 雍达明 申请人:中国科学院长春应用化学研究所