一種測量生物需氧量的實驗裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電化學和光學結合的技術領域，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】
[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生的氧化還原反應所消耗溶解氧的量，是水質檢測的一項重要指標。
[0003]測量生物需氧量的傳統方法是五日消解法，它是實驗室中的金標準，但存在操作復雜、所需試劑較多、耗時較長、重現性差等缺點。
[0004]近年來，出現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。
【發明內容】
[0005]本發明的技術解決問題是:克服現有技術的不足，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]本發明的技術解決方案是:這種測量生物需氧量的實驗裝置，該實驗裝置包括全內反射橢偏成像儀、反應腔、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；樣品池內的水樣中的溶解氧通過生物需氧量滲透膜進入反應腔中，參比電極的上端連接電源且下端插入反應腔中，對電極的上端連接電源且下端插入反應腔中，透明固體基片放在反應腔和透鏡之間，透明固體基片的上表面設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、對電極構成電信號回路；入射光通過全內反射橢偏成像儀轉成平行光束，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，獲得電化學信號，還原的氫氧根離子與對氫氧根離子敏感的涂層發生溶脹反應，獲得光學信號；
[0011](4)入射光通過全內反射橢偏成像儀轉成平行光束，加上步驟(3)獲得的光學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過分析處理后將結果顯示。
[0013]本發明通過溶解氧在參比電極的表面還原為氫氧根離子，獲得電化學信號，還原的氫氧根離子與對氫氧根離子敏感的涂層發生溶脹反應，獲得光學信號，入射光通過全內反射橢偏成像儀轉成平行光束，加上步驟(3)獲得的光學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果，因此具備實時、高通量、高靈敏度的優點，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示出了根據本發明的測量生物需氧量的實驗裝置的結構示意圖。
【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，包括全內反射橢偏成像儀
1、反應腔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內的水樣中的溶解氧通過生物需氧量滲透膜8進入反應腔2中，參比電極3的上端連接電源9且下端插入反應腔2中，對電極4的上端連接電源9且下端插入反應腔2中，透明固體基片6放在反應腔2和透鏡7之間，透明固體基片6的上表面設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、對電極構成電信號回路；入射光通過全內反射橢偏成像儀I轉成平行光束，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，對電極是為了構成電信號回路而設計的。
[0018]另外，所述微流通道的個數是兩個，所述參比電極、對電極的個數均是兩個。采用兩個微流通道、參比電極、對電極，是為了能夠實現并行檢測。
[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，獲得電化學信號，還原的氫氧根離子與對氫氧根離子敏感的涂層發生溶脹反應，獲得光學信號；
[0025](4)入射光通過全內反射橢偏成像儀轉成平行光束，加上步驟(3)獲得的光學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過分析處理后將結果顯示。
[0027]本發明通過溶解氧在參比電極的表面還原為氫氧根離子，獲得電化學信號，還原的氫氧根離子與對氫氧根離子敏感的涂層發生溶脹反應，獲得光學信號，入射光通過全內反射橢偏成像儀轉成平行光束，加上步驟(3)獲得的光學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果，因此具備實時、高通量、高靈敏度的優點，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，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發明技術方案的保護范圍。
【主權項】
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反射橢偏成像儀(1)、反應腔(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);樣品池內的水樣中的溶解氧通過生物需氧量滲透膜進入反應腔中，參比電極的上端連接電源且下端插入反應腔中，對電極的上端連接電源且下端插入反應腔中，透明固體基片放在反應腔和透鏡之間，透明固體基片的上表面設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、對電極構成電信號回路；入射光通過全內反射橢偏成像儀轉成平行光束，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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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是兩個，所述參比電極、對電極的個數均是兩個。5.根據權利要求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.根據權利要求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。7.一種采用根據權利要求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，獲得電化學信號，還原的氫氧根離子與對氫氧根離子敏感的涂層發生溶脹反應，獲得光學信號； (4)入射光通過全內反射橢偏成像儀轉成平行光束，加上步驟(3)獲得的光學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過分析處理后將結果顯示。
【專利摘要】本發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。包括全內反射橢偏成像儀、反應腔、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
【申請號】CN201510318993
【發明人】劉巍, 牛宇, 靳剛
【申請人】中國科學院力學研究所
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年6月11日