一種測量生物需氧量的實驗裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電化學(xué)和光學(xué)結(jié)合的技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種測量生物需氧量的實驗裝置，以及采用該裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物需氧量是水體中的耗氧微生物在一定溫度下將水中有機物分解成無機物的過程中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)所消耗溶解氧的量，是水質(zhì)檢測的一項重要指標。
[0003]測量生物需氧量的傳統(tǒng)方法是五日消解法，它是實驗室中的金標準，但存在操作復(fù)雜、所需試劑較多、耗時較長、重現(xiàn)性差等缺點。
[0004]近年來，出現(xiàn)了基于氧化還原電極的傳感器測量生物需氧量的方法，它能夠有效縮短檢測時間、簡化檢測流程，但存在信號漂移的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測量生物需氧量的實驗裝置，其具備實時、高通量、高靈敏度的優(yōu)點，避免信號漂移而能夠準確地檢測生物需氧量，操作簡單容易。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:這種測量生物需氧量的實驗裝置，該實驗裝置包括全內(nèi)反射橢偏成像儀、反應(yīng)腔、參比電極、對電極、樣品池、透明固體基片、透鏡、生物需氧量滲透膜、電源、光電信號分析處理單元、電荷耦合器件CCD、檢偏器；樣品池內(nèi)的水樣中的溶解氧通過生物需氧量滲透膜進入反應(yīng)腔中，參比電極的上端連接電源且下端插入反應(yīng)腔中，對電極的上端連接電源且下端插入反應(yīng)腔中，透明固體基片放在反應(yīng)腔和透鏡之間，透明固體基片的上表面設(shè)有對氫氧根離子敏感的涂層且下表面與透鏡的反射面接觸，電源、參比電極、對氫氧根離子敏感的涂層、對電極構(gòu)成電信號回路；入射光通過全內(nèi)反射橢偏成像儀轉(zhuǎn)成平行光束，通過透鏡反射到檢偏器，再通過CCD將光信號輸入光電信號分析處理單
J L.ο
[0007]還提供了采用這種測量生物需氧量的實驗裝置的方法，包括以下步驟:
[0008](I)將水樣注入樣品池；
[0009](2)水樣中的溶解氧通過生物需氧量滲透膜進入反應(yīng)腔中；
[0010](3)電源打開，溶解氧在參比電極的表面還原為氫氧根離子，獲得電化學(xué)信號，還原的氫氧根離子與對氫氧根離子敏感的涂層發(fā)生溶脹反應(yīng)，獲得光學(xué)信號；
[0011](4)入射光通過全內(nèi)反射橢偏成像儀轉(zhuǎn)成平行光束，加上步驟(3)獲得的光學(xué)信號后通過透鏡反射到檢偏器，再通過CCD將光信號輸入光電信號分析處理單元；
[0012](5)光電信號分析處理單元經(jīng)過分析處理后將結(jié)果顯示。
[0013]本發(fā)明通過溶解氧在參比電極的表面還原為氫氧根離子，獲得電化學(xué)信號，還原的氫氧根離子與對氫氧根離子敏感的涂層發(fā)生溶脹反應(yīng)，獲得光學(xué)信號，入射光通過全內(nèi)反射橢偏成像儀轉(zhuǎn)成平行光束，加上步驟(3)獲得的光學(xué)信號后通過透鏡反射到檢偏器，再通過CXD將光信號輸入光電信號分析處理單元，通過光電信號分析處理單元進行分析處理得到結(jié)果，因此具備實時、高通量、高靈敏度的優(yōu)點，避免信號漂移而能夠準確地檢測生物需氧量，操作簡單容易。
【附圖說明】
[0014]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的測量生物需氧量的實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]從圖1中可以看出，這種測量生物需氧量的實驗裝置，包括全內(nèi)反射橢偏成像儀
1、反應(yīng)腔2、參比電極3、對電極4、樣品池5、透明固體基片6、透鏡7、生物需氧量滲透膜8、電源9、光電信號分析處理單元10、電荷耦合器件(XD11、檢偏器12 ;樣品池5內(nèi)的水樣中的溶解氧通過生物需氧量滲透膜8進入反應(yīng)腔2中，參比電極3的上端連接電源9且下端插入反應(yīng)腔2中，對電極4的上端連接電源9且下端插入反應(yīng)腔2中，透明固體基片6放在反應(yīng)腔2和透鏡7之間，透明固體基片6的上表面設(shè)有對氫氧根離子敏感的涂層且下表面與透鏡的反射面接觸，電源、參比電極、對氫氧根離子敏感的涂層、對電極構(gòu)成電信號回路；入射光通過全內(nèi)反射橢偏成像儀I轉(zhuǎn)成平行光束，通過透鏡7反射到檢偏器12，再通過CCD將光信號輸入光電信號分析處理單元10。
[0016]另外，所述樣品池具有微流通道，水樣中的溶解氧通過該微流通道到達生物需氧量滲透膜。這樣能夠保證溶解氧快速準確地到達生物需氧量滲透膜，而使測量更加準確。
[0017]另外，所述參比電極是銀/氯化銀電極，所述對電極是鉑絲電極。參比電極是工作電極，對電極是為了構(gòu)成電信號回路而設(shè)計的。
[0018]另外，所述微流通道的個數(shù)是兩個，所述參比電極、對電極的個數(shù)均是兩個。采用兩個微流通道、參比電極、對電極，是為了能夠?qū)崿F(xiàn)并行檢測。
[0019]另外，所述對氫氧根離子敏感的涂層是弱聚溶脹膜層。這種膜層對對氫氧根離子極其敏感，且成本較低。
[0020]另外，所述透鏡是全反射棱鏡，即等腰直角棱鏡，使用時入射光垂直于棱鏡的一條直角邊入射，從另一條直角邊出射。
[0021]還提供了采用這種測量生物需氧量的實驗裝置的方法，包括以下步驟:
[0022](I)將水樣注入樣品池；
[0023](2)水樣中的溶解氧通過生物需氧量滲透膜進入反應(yīng)腔中；
[0024](3)電源打開，溶解氧在參比電極的表面還原為氫氧根離子，獲得電化學(xué)信號，還原的氫氧根離子與對氫氧根離子敏感的涂層發(fā)生溶脹反應(yīng)，獲得光學(xué)信號；
[0025](4)入射光通過全內(nèi)反射橢偏成像儀轉(zhuǎn)成平行光束，加上步驟(3)獲得的光學(xué)信號后通過透鏡反射到檢偏器，再通過CCD將光信號輸入光電信號分析處理單元；
[0026](5)光電信號分析處理單元經(jīng)過分析處理后將結(jié)果顯示。
[0027]本發(fā)明通過溶解氧在參比電極的表面還原為氫氧根離子，獲得電化學(xué)信號，還原的氫氧根離子與對氫氧根離子敏感的涂層發(fā)生溶脹反應(yīng)，獲得光學(xué)信號，入射光通過全內(nèi)反射橢偏成像儀轉(zhuǎn)成平行光束，加上步驟(3)獲得的光學(xué)信號后通過透鏡反射到檢偏器，再通過CXD將光信號輸入光電信號分析處理單元，通過光電信號分析處理單元進行分析處理得到結(jié)果，因此具備實時、高通量、高靈敏度的優(yōu)點，避免信號漂移而能夠準確地檢測生物需氧量，操作簡單容易。
[0028]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種測量生物需氧量的實驗裝置，其特征在于:該實驗裝置包括全內(nèi)反射橢偏成像儀(1)、反應(yīng)腔(2)、參比電極(3)、對電極(4)、樣品池(5)、透明固體基片(6)、透鏡(7)、生物需氧量滲透膜(8)、電源(9)、光電信號分析處理單元(10)、電荷耦合器件CCD(ll)、檢偏器(12);樣品池內(nèi)的水樣中的溶解氧通過生物需氧量滲透膜進入反應(yīng)腔中，參比電極的上端連接電源且下端插入反應(yīng)腔中，對電極的上端連接電源且下端插入反應(yīng)腔中，透明固體基片放在反應(yīng)腔和透鏡之間，透明固體基片的上表面設(shè)有對氫氧根離子敏感的涂層且下表面與透鏡的反射面接觸，電源、參比電極、對氫氧根離子敏感的涂層、對電極構(gòu)成電信號回路；入射光通過全內(nèi)反射橢偏成像儀轉(zhuǎn)成平行光束，通過透鏡反射到檢偏器，再通過CCD將光信號輸入光電信號分析處理單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量生物需氧量的實驗裝置，其特征在于:所述樣品池具有微流通道，水樣中的溶解氧通過該微流通道到達生物需氧量滲透膜。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量生物需氧量的實驗裝置，其特征在于:所述參比電極是銀/氯化銀電極，所述對電極是鉑絲電極。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量生物需氧量的實驗裝置，其特征在于:所述微流通道的個數(shù)是兩個，所述參比電極、對電極的個數(shù)均是兩個。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量生物需氧量的實驗裝置，其特征在于:所述對氫氧根離子敏感的涂層是弱聚溶脹膜層。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量生物需氧量的實驗裝置，其特征在于:所述透鏡是全反射棱鏡。7.一種采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量生物需氧量的實驗裝置的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將水樣注入樣品池； (2)水樣中的溶解氧通過生物需氧量滲透膜進入反應(yīng)腔中； (3)電源打開，溶解氧在參比電極的表面還原為氫氧根離子，獲得電化學(xué)信號，還原的氫氧根離子與對氫氧根離子敏感的涂層發(fā)生溶脹反應(yīng)，獲得光學(xué)信號； (4)入射光通過全內(nèi)反射橢偏成像儀轉(zhuǎn)成平行光束，加上步驟(3)獲得的光學(xué)信號后通過透鏡反射到檢偏器，再通過CCD將光信號輸入光電信號分析處理單元； (5)光電信號分析處理單元經(jīng)過分析處理后將結(jié)果顯示。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測量生物需氧量的實驗裝置,其具備實時、高通量、高靈敏度的優(yōu)點，避免信號漂移而能夠準確地檢測生物需氧量，操作簡單容易。包括全內(nèi)反射橢偏成像儀、反應(yīng)腔、參比電極、對電極、樣品池、透明固體基片、透鏡、生物需氧量滲透膜、電源、光電信號分析處理單元、電荷耦合器件CCD、檢偏器。還提供了采用該裝置的方法。
【IPC分類】G01N21/21, G01N27/26
【公開號】CN104977334
【申請?zhí)枴緾N201510318993
【發(fā)明人】劉巍, 牛宇, 靳剛
【申請人】中國科學(xué)院力學(xué)研究所
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年6月11日