[实用新型]基于微生物电化学信号的便携式水体毒性检测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于水质检测技术领域，尤其涉及基于微生物电化学信号的便携式水体毒性检测装置。

背景技术

    当前,严重的水污染对生态环境构成了极大的破坏,对于水污染的治理关乎人类的生存与发展。而水污染治理的关键环节之一在于能否对水质进行正确、客观的评估,以便为相关部门提供科学管理和控制水污染的依据。但是,目前对水质指标的检测主要依赖于实验室的大型分析设备,这些设备体积较大、检测耗时较长、分析检测中会消耗大量化学试剂,且价格昂贵,极不适于目前水质检测广泛应用的迫切需要。

此外，传统的理化分析方法能定量分析污染物中主要成分的含量，但不能直接、全面地反映各种有毒物质对环境的综合影响。而生物检测可以综合多种有毒物质的相互作用，判定有毒物质的质量浓度和生物效应之间的直接关系，从而为水质的监测和综合评价提供科学依据，因而得到了迅速发展和广泛应用。

传统水质毒性检测方法有藻类毒性检测、鱼类毒性检测、蚤类毒性检测、原生动物毒性检测，这些生物的生长周期对水质检测有较大的限制，实际运行难度大。水质生物毒性检测的新方法主要集中在微生物毒性试验，典型代表是发光细菌毒性检测，但这需要昂贵的光检测装置、专业的实验操作。

微生物燃料电池（MFC）是一种利用微生物将水体有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在阳极室，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子通过外电路传递到阴极形成电流/电压，而质子通过离子交换膜传递到阴极被还原。微生物产电的能力与其自身的生理状态相关，当水体存在有毒物质对微生物产生抑制作用时，MFC输出的电流/电压减小。

实用新型内容

针对以上不足，本实用新型提供基于微生物电化学信号的便携式水体毒性检测装置，具体技术方案如下

基于微生物电化学信号的便携式水体毒性检测装置，其包括MFC信号发生器、单片机模块、声光报警系统和电源模块；单片机模块与MFC信号发生器以及声光报警系统相连接，电源模块为单片机最小系统和声光报警系统提供工作电压。

进一步优化的，所述单片机模块采用单片机最小系统。

进一步优化的，所述MFC信号发生器的阳极材料采用表面负载PPY/AQS的石墨毡。

进一步优化的，所述装置还包括液晶显示模块，液晶显示模块由电源模块提供工作电压，与单片机最小系统相连接，显示MFC信号发生器输出的电压信号。

进一步优化的，所述MFC信号发生器的阳极接种有腐败希瓦氏菌。

上述装置的检测方法包括如下步骤：

（1）微生物燃料电池MFC信号发生器输出水质电信号；所述MFC信号发生器由阳极、阴极和离子交换膜组成，阳极和阴极被离子交换膜分隔开；

（2）与MFC信号发生器相连的单片机模块测量MFC输出的电压信号；

（3）当MFC信号发生器输出的电压信号低于单片机设定的阈值时，启动声光报警系统。

上述检测方法中，所述MFC信号发生器的阳极材料使用电化学方法进行修饰，使电极表面负载聚吡咯和蒽醌-2-磺酸钠（PPY/AQS）。

进一步的，所述MFC信号发生器的阳极材料采用石墨毡，使用恒电压电聚合的方法进行修饰，使电极表面负载2-10库伦的聚吡咯/蒽醌-2-磺酸钠（PPY/AQS）；所述负载是使阳极电极在吡咯浓度为135mmol/L和AQS浓度为10 mmol/L的水溶液中进行电聚合反应，在电极上生成PPY/AQS产物；所述MFC信号发生器的阴极液使用浓度为50 mmol/L的铁氰化钾水溶液；所述MFC信号发生器的阴极液使用浓度为50 mmol/L的铁氰化钾溶液。阴极电极材料为未修饰的石墨毡，阴极液使用强氧化性的铁氰化钾溶液以保持电压稳定。本实用新型采用恒电压电聚合的方法负载一定量的聚吡咯/蒽醌-2-磺酸钠（PPY/AQS），达到使MFC快速启动并保持长时间输出稳定基线电压的目的。

与现有技术相比，本实用新型相对于已有技术具有以下显著优点：

1.  MFC阳极电极经过电化学修饰，使MFC输出的基线信号强度与稳定性高；

2.       MFC阳极使用产电纯菌接种，启动时间大大缩短；

3.       集成电路设计简洁，避免了计算机等复杂设备的使用，造价低廉，适于大规模推广应用；

4.       整套装置体积小，便携性好，适用于各种水质检测场合。

附图说明