专利名称：监测微生物沉降物的方法
技术领域：
本发明涉及监测包括微生物沉降物的一种或多种沉降物的方法，所述方法特定但 非专一地用于纸浆和纸中。
背景技术：
水流中微生物材料的沉降经常影响包含水流的工艺的正常功能。已经采用了各种 技术来测定造纸工艺中的有机物和无机物沉降，但是这些技术通常缺少必要的选择性以区 分生物沉降物和一般有机/无机沉降物如浙青和粘性物。由于缺乏这种灵敏度，目前的方 法无法灵敏地捕获如造纸工艺等动态工艺的沉降环境。所以，在工艺流沉降物控制的领域 中需要一种监测沉降物的改良方法。
发明内容
本发明提供了一种监测在浸入水性介质的表面上包括微生物沉降物的一种或多 种沉降物的方法，包括(a)提供与水性介质接触的QCM，其中所述QCM具有接触所述水性 介质的顶侧表面和另一个与所述水性介质隔离的底侧表面；(b)提供一种组合物，所述组 合物对包括微生物沉降物的一种或多种类型沉降物有选择性，不使用抗原或抗体；(C)将 所述组合物涂覆到所述QCM的顶侧表面上；(d)测定所述沉降物从所述水性介质向所述QCM 顶侧表面上的沉降率；和(e)可选地进行校正操作来改变一个或多个工艺参数、用于所述 工艺的化学品或其组合，以得到关于微生物沉降的所需结果。
具体实施例方式定义“造纸工艺”是指从纸浆制备任何类型的纸制品(例如纸、棉纸、纸板等)的方法， 包括形成水性纤维质造纸料(papermaking furnish)，浙干此造纸料以形成纸片并干燥此 纸片。形成造纸料、浙干和干燥的步骤可以本领域技术人员公知的任何常规方式实施。造 纸工艺也可包括制浆阶段和/或漂白阶段。造纸料可包括回收的纸浆。“QCM”是指石英晶体微量天平。石英晶体微量天平是分析工具。例如，对石英晶体 微量天平的讨论可参见美国专利第5201215号，该专利通过引用合并于此。一般而言，石英 晶体微量天平具有在一定频率下共振的晶体，该频率会因沉降质量而降低。频率的降低被 转换为表征沉降即沉降量的测量结果。优选实施方式如上所述，本发明提供了一种监测在一种工艺的浸入水性介质的表面上包括微生 物沉降物的一种或多种沉降物的方法。本发明的方法可用于各种类型的工艺。在一个实施方式中，该工艺为造纸工艺。在另一个实施方式中，工艺的水性介质包含来自造纸工艺任何阶段的纸浆和/或水。本发明的方法需要提供一种组合物，所述组合物对包括微生物沉降物的一种或 多种类型沉降物有选择性，不使用抗原或抗体；和将该组合物涂覆到QCM的顶侧表面上。该组合物向QCM的涂覆可通过本领域技术人员知晓的各种装置进行。例如，该组 合物如聚合物类组合物可用旋涂技术或用促进该组合物向QCM表面涂覆的设备涂覆到QCM 表面上。QCM表面也可用简单方法如从高处滴下组合物溶液来涂覆，此方法为整个晶体表面 提供相对平均的溶液分布。涂覆到QCM表面上的组合物包含一种或多种类型的组合物。例如，将营养物、生物 杀灭剂和各种类型的聚合物涂覆到QCM的顶侧表面上。在一个实施方式中，该组合物包含一种或多种营养物和/或生物杀灭剂。在另一个实施方式中，该组合物包含选自由生物合成的代谢物；碳水化合物；多 糖；胺；有机酸；醇；无机氮、硫、钾、钠、钙、镁、磷、铁、铜和/或锰化合物；及其组合组成的 组中的营养物。在另一个实施方式中，该组合物包含一种或多种成分，所述成分用来促进和/或 抑制从水性介质沉降到QCM顶侧表面上或在QCM顶侧表面上生长的一种或多种微生物的微 生物生长。在另一个实施方式中，涂覆到QCM表面上的组合物包含下列组成中的至少一种 卤素类生物杀灭剂；次氯酸盐；次溴酸盐；氯胺；溴胺；氯代氨基磺酸盐；溴代氨基磺酸盐； 醛；对羟苯甲酸酯类；酸-阴离子化合物；二胺；金属；季铵类化合物；氯代己二炔；染料； 醇；酚；甲酚；有机酸和酯。在另一个实施方式中，涂覆到QCM表面上的组合物包含抑制一种或多种细菌生长 率的一种或多种组分，其中所述组分选自下列化学品中的至少一种生物杀灭剂、表面活性 剂、聚合物、有机酸及其组合。在另一个实施方式中，涂覆到QCM表面上的组合物促进一种或多种微生物的生 长，其中所述组合物选自由用于丝状菌的铁盐；用于硫酸盐还原菌的乳酸和/或硫酸盐；和 用于造纸机污垢中常见物种的淀粉和纤维素组成的组中。本领域技术人员可知晓造纸机污 垢中常见的物种。在另一个实施方式中，微生物为粘杆菌。在另一个实施方式中，丝状菌选自由球衣菌属(Sphaeroti llus)；铁细菌 属(Crenothrix)；纤毛菌属(L印tothrix)；加立昂菌属(Gallionella)；滑柱菌属 (Herpetosiphon)；禾口胃_木干胃)1 (Haliscomenobacter) 白勺砠巾。在另一个实施方式中，该组合物包括一种或多种涂层聚合物。在另一个实施方式中，该涂层聚合物为包含一种或多种环氧树脂和一种或多种固 化剂的固化的环氧树脂。可通过将涂覆的表面在环境条件下保持一定时间来实现固化，或 通过光化学或热方法加速固化。在另一个实施方式中，环氧树脂衍生自表氯醇和双酚A ；和包含芳族、脂族、脂环 族、杂环骨架及其组合的树脂。在另一个实施方式中，固化的环氧树脂选自由甲酚-酚醛环氧树脂；苯酚-酚醛环 氧树脂；双酚F环氧树脂；多核苯酚-缩水甘油醚衍生的树脂；四缩水甘油基亚甲基双苯胺衍生的树脂；三缩水甘油基-对-氨基苯酚衍生的树脂；三嗪衍生的树脂和乙内酰脲环氧 树脂组成的组中。在另一个实施方式中，固化的环氧树脂通过选自由短链脂族聚胺；烷氧基化的短 链聚胺；长链聚胺加合物；芳族聚胺；聚氨基酰胺；聚硫醇及其组合组成的组中的固化剂制 备。在另一个实施方式中，涂层衍生自一种或多种可热或可UV固化的环氧树脂。在另一个实施方式中，涂层聚合物包含硅橡胶。在另一个实施方式中，硅橡胶为室温硫化的橡胶。在另一个实施方式中，涂层聚合物包括纸浆的化学成分。在另一个实施方式中，纸浆的化学成分选自由淀粉；木质素；纤维素；半纤维素； 化学改性的淀粉、木质素、纤维素、半纤维素及其组合组成的组中。该方法可选地进行校正操作来改变一个或多个工艺参数、用于此工艺的化学品或 其组合，以得到关于微生物沉降的所需结果。使用各种设备和算法可有助于监测沉降。在一个实施方式中，通过具有用于增强或防止特定污染物沉降的一种或多种涂层 的传感器阵列/多个传感器来实现监测，可选地，其中所述监测为在线监测方法。在另一个实施方式中，传感器阵列包括包含用于有机物监测(对有机物质的类 型无特异性)的成分的涂层；包含用于微生物增多的营养物的涂层；和包含用于抑制微生 物生长的生物杀灭剂的涂层。利用各种类型的传感器和涂覆各种类型的涂层，本领域技术人员能够建立一种或 多种方法来区分各种类型的沉降物；例如，各种类型微生物沉降物的测定可通过充分提供 用于抑制或表现造纸系统中各种类型微生物沉降物的介质来进行。并且，可建立一种或多 种方法来区分非生物沉降物和生物沉降物，例如区分无机沉降物和不同类型的细菌。使用包括QCM传感器的多个传感器，可实现本领域技术人员想要达到的那种区 分。另外，区分包括在各种等级水平如微观/宏观/纳米级水平观察生物、有机和无机 物的区别，如宏观粘性物与微观粘性物的区别。在一个实施方式中，该传感器阵列包括包含用于有机物监测的成分的组合物； 包含用于微生物增多的营养物的组合物；和包含用于抑制微生物生长的生物杀灭剂的组合 物。在另一个实施方式中，根据为微生物控制开发的算法，闭环微生物控制基于来自 至少一个传感器的信息；可选地，其中所述控制包括调节抑制微生物生长的化学品的供给。 本领域技术人员能够开发目的算法以实施用于目的工艺所需的方案。控制器可用此算法编 程(例如，程序逻辑的控制器，其中所述控制器处理所述算法以通过媒介展示要采取的操 作/或展示所述工艺的工艺处理器要分析或要响应的数据)，或者所述控制器可通过媒介 发出信号，该媒介包括单元以改变该工艺的操作，如供给策略。下列实施例为预示性实施例。实施例在使用该新型检测方法的示例性实验中，使包含如浙青和粘性物的天然和合成的有机污染物以及各种菌株的流动料浆经过QCM传感器阵列。用QCM传感器表面上特异的、 专用的涂层监测来自浙青、粘性物、大块生物膜和细菌的沉降物。使用具有涂层的传感器阵 列来增强或防止特定污染物的沉降，将沉降物区分以实现此系统的实时监测。
权利要求
1.一种监测在一种工艺的浸入水性介质的表面上包括微生物沉降物的一种或多种沉 降物的方法，包括a.提供与水性介质接触的QCM，其中所述QCM具有接触所述水性介质的顶侧表面和另 一个与所述水性介质隔离的底侧表面；b.提供一种组合物，所述组合物对包括微生物沉降物的一种或多种类型沉降物有选择 性，不使用抗原或抗体；c.将所述组合物涂覆到所述QCM的顶侧表面上；d.测定所述沉降物从所述水性介质向所述QCM顶侧表面上的沉降率；和e.可选地进行校正操作来改变一个或多个工艺参数、用于所述工艺的化学品或其组 合，以得到关于微生物沉降的所需结果。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述工艺为造纸工艺。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述水性介质为来自造纸工艺的任何阶段的纸浆和 /或水。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物包含一种或多种营养物和/或生物杀灭剂。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述营养物选自由生物合成的代谢物；碳水化合物； 多糖；胺；有机酸；醇；无机氮、硫、钾、钠、钙、镁、磷、铁、铜、锰化合物；及其组合组成的组 中。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物包含一种或多种成分，所述成分用来促 进和/或抑制从所述水性介质沉降到所述QCM的顶侧表面上或在所述QCM的顶侧表面上生 长的一种或多种微生物的微生物生长。
7.如权利要求6所述的方法，其中涂覆到所述QCM表面上的所述组合物包含下列组成 中的至少一种卤素类生物杀灭剂；次氯酸盐；次溴酸盐；氯胺；溴胺；氯代氨基磺酸盐；溴 代氨基磺酸盐；醛；对羟苯甲酸酯类；酸-阴离子化合物；二胺；金属；季铵类化合物；氯代 己二炔；染料；醇；酚；甲酚；有机酸和酯。
8.如权利要求6所述的方法，其中涂覆到所述QCM表面的所述组合物包含抑制一种或 多种细菌生长率的一种或多种组分，其中所述组分选自下列化学品中的至少一种生物杀 灭剂、表面活性剂、聚合物、有机酸及其组合。
9.如权利要求6所述的方法，其中涂覆到所述QCM表面上的所述组合物促进一种或多 种微生物的生长，其中所述组合物选自由用于丝状菌的铁盐；用于硫酸盐还原细菌的乳酸 和/或硫酸盐；和用于造纸机污垢中常见物种的淀粉和纤维素组成的组中。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述丝状菌选自由球衣菌属(Sphaerotillus)、铁 细菌属(Crenothrix)、纤毛菌属(L印tothrix)和加立昂菌属(feillionella)组成的组中。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物进一步包括一种或多种涂层聚合物。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述涂层聚合物为包含一种或多种环氧树脂和一 种或多种固化剂的固化的环氧树脂。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述环氧树脂衍生自表氯醇和双酚A；和包含芳 族、脂族、脂环族、杂环骨架及其组合的树脂。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述固化的环氧树脂选自由甲酚-酚醛环氧树脂；苯酚-酚醛环氧树脂；双酚F环氧树脂；多核苯酚-缩水甘油醚衍生的树脂；四缩水甘油基 亚甲基双苯胺衍生的树脂；三缩水甘油基-对-氨基苯酚衍生的树脂；三嗪衍生的树脂和 乙内酰脲环氧树脂组成的组中。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述固化的环氧树脂通过选自由短链脂族聚胺； 烷氧基化的短链聚胺；长链聚胺加合物；芳族聚胺；聚氨基酰胺；聚硫醇及其组合组成的组 中的固化剂制备。
16.如权利要求11所述的方法，其中所述涂层聚合物包含硅橡胶。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述硅橡胶为室温硫化的橡胶。
18.如权利要求11所述的方法，其中所述涂层聚合物包括纸浆的化学成分，可选地其 中所述纸浆的化学成分选自由淀粉；木质素；纤维素；半纤维素；化学改性的淀粉、木质素、 纤维素、半纤维素；及其组合组成的组中。
19.如权利要求1所述的方法，其中所述监测用具有所述组合物的传感器阵列实现，其 中涂覆到所述QCM顶侧表面上的所述组合物增强或防止特定污染物的沉降，可选地，其中 所述监测为在线监测方法，可选地，其中所述传感器阵列包括包含用于有机物监测的成分 的组合物；包含用于微生物增多的营养物的组合物；和包含用于抑制微生物生长的生物杀 灭剂的组合物。
20.如权利要求20所述的方法，其中根据为微生物控制开发的算法，闭环微生物控制 基于来自至少一个传感器的信息；可选地，其中所述控制包括调节抑制微生物生长的所述 化学品的供给。
全文摘要
本发明公开了一种监测在一种工艺的浸入水性介质的表面上包括微生物沉降物的一种或多种沉降物的方法，该方法包括(a)提供与水性介质接触的QCM，其中所述QCM具有接触所述水性介质的顶侧表面和另一个与所述水性介质隔离的底侧表面；(b)提供一种组合物，所述组合物对包括微生物沉降物的一种或多种类型沉降物有选择性，不使用抗原或抗体；(c)将所述组合物涂覆到所述QCM的顶侧表面上；(d)测定所述沉降物从所述水性介质向所述QCM顶侧表面上的沉降率；和(e)可选地进行校正操作来改变一个或多个工艺参数、用于所述工艺的化学品或其组合，以得到关于微生物沉降的所需结果。
文档编号G01N29/02GK102066935SQ200980122325
公开日2011年5月18日 申请日期2009年6月18日 优先权日2008年6月19日
发明者帕特里克·J·马库赫, 谢尔盖·M·舍甫琴柯, 迈克尔·J·穆尔西亚 申请人:纳尔科公司