专利名称：用于检测水或水溶液中的污染物的检测器的制作方法
用于检测水或水溶液中的污染物的检测器
背景技术：
天然水可能被包含有毒最终产物的エ业废料污染。此外，用于保护农作物的农药也可能被冲洗到水源中并污染水源。已经发现这些有毒的化学物质会对健康产生危害并且会损坏/破坏各种生态系统。水源中可发现的一类细菌包括大肠菌。实际上，大肠菌是食物和水的卫生质量的常用细菌指标。大肠菌的存在可以用于指示可能存在其它排泄物来源的病原生物体。这是因为，来自恒温动物或人类的排泄物经常导致水被大肠菌和其它病原生物体所污染。大肠菌包括大肠杆菌、沙门氏菌、克雷伯氏菌和欧文氏菌。这些病原生物体可以引起肠道感染、痢疾、肝炎、伤寒发烧、霍乱等。此外，大肠菌和其它化学污染物可能对被污染的池塘/湖泊的栖息者产生毒性作用，限制它们的生长和繁殖。
附图中示出本发明的特征，在附图中，相同的附图标记指代相同的部件。图I是根据实施例的设备的示意图。图2是根据实施例的样本保持器的示意图。图3是根据实施例的浊度测量的示意图。图4是根据实施例的阀门系统的示意图。图5是根据实施例的LED电路的示意图。图6是根据实施例的系统的示意图。图7是根据实施例的方法的流程图。
具体实施例方式对于池塘中的水的毒素水平的监测通常是费カ且高成本的。实施例包括可以远程控制的、用于监测水污染的低成本的自动光学或电子设备。在一个实施例中，可以远程地接通该设备并对其进行数据采集。在某些实施例中，可以获得诸如池塘或湖等水体的宽范围的污染概览图。该概览图可以包括浊度测量、细菌数量测量以及溶解的有机和无机化学物质的测量。实施例包括用于对池塘水/湖水进行分析的光学设备和方法。在一个实施例中，该设备使得能够对池塘水/湖水的通常已知的污染物的宽光谱进行测量。可以测量的污染物包括溶解物、有毒的有机化合物、重金属离子和如氰化物的有毒离子。仪器的实施例包括使用简单的射流系统以及使用用于添加试剂的空气压カ控制阀系统。在一个实施例中，该设备使得能够同时检测几种污染物并且減少人力。在一个实施例中，该设备可以包括发光ニ极管、ニ极管检测器、简单的射流系统和阀系统。一个实施例涉及包括多个用于检测样本中的污染物的级的设备，其中多个级用于基本上同时检测多种污染物。一方面，多个级中的一个用于测量样本的浊度。另ー方面，多个级中的至少ー个用于测量样本中是否存在生物有机体。另ー方面，多个级中的至少ー个用于测量样本中是否存在重金属离子。另ー方面，多个级中的至少ー个用于测量样本中是否存在有机化合物。在另一方面，化合物选自由以下物质构成的组多氯化联ニ苯、ニ氧(杂)芑、呋喃、艾氏剂、狄氏剂、ニ氯ニ苯三氯こ烷(DDT)、异狄氏剂、氯丹、六氯代苯、灭蚁灵、毒杀芬和七氯。在另一方面，该设备包括用于检测多种不同有机化合物的多个级。在另一方面，样本是水溶液。在另一方面，该设备还包括至少ー个过滤单元。在另一方面，级包括样本保持器、光源和光检测器。在另一方面，光源包括发光二极管(LED)。在另一方面，光检测器包括ニ极管。在另一方面，该设备被配置成被远程操作。ー个实施例涉及ー种方法，该方法包括获取样本，以及分析该样本中是否存在生物有机体、重金属离子或有机化合物，其中，在具有多个不同传感器的设备中进行该分析，所述多个传感器用于基本上同时地检测是否存在生物有机体、重金属离子和/或有机化合物。在ー个方面，该方法还包括测量样本的浊度。在另一方面，该方法还包括向样本添加细 胞溶解试剂。在另一方面，该方法还包括向样本添加量子点。在另一方面，该方法还包括向样本添加着色剂。在另一方面，该方法还包括对样本进行混合。在另一方面，该方法还包括对样本进行过滤。在另一方面，该设备被配置成被远程操作。图I示出根据实施例的设备100的示意图。该实施例的设备100包括连接一系列级的导管/管101。如所示出的，该实施例包括四个测量级浊度级108、生物测量级110、有机分子级112和离子测量级114。其它实施例可以包括更多或更少的级。导管/管101的一端是可以附接至可选软管104的入口 102。可选软管104可以延伸到池塘或湖泊(或任何其它待测水源)中。导管/管101的另一端是泵106。泵106可以是适于将水从水源抽取到入口 102中的注射泵或任何其它种类的泵。在某些实施例中，可以通过过滤单元116a、116b和116c隔开这些级。在图I所示的实施例中，分别通过过滤单元116a、116b和116c隔开浊度级108、生物测量级110、有机分子级112和离子测量级114。但是，其它实施例可以包括更多或更少的过滤单元。即，级之间可以存在不止ー个过滤単元，或者级之间可以不具有过滤单元。在ー个方面，过滤单元116a、116b和116c包括多次使用的过滤器。多次使用的过滤器可以被多次使用，使得在每组实验之前不必更换过滤器。在另一方面，过滤单元116a、116b和116c包括单次使用的、一次性的过滤器。过滤材料的选择不重要。即，可以使用具有指定孔尺寸的任何过滤介质。此外，通常按照使得通过过滤単元116a、116b和116c的污染物的尺寸为降序的方式设置过滤单元116a、116b和116c。即，以如下方式配置过滤单元116a、116b和116c，使得能够限制具有较大直径的颗粒通过而允许具有较小直径的颗粒通过。过滤单元116a例如可以包括孔隙尺寸为大约2微米或更大的过滤器。例如，该过滤器可以是孔隙率为2. 7微米的玻璃微纤维等级D过滤器。如果悬浮颗粒的尺寸小于2微米，则可以使用I. 5微米的玻璃微纤维等级934-AH过滤器。过滤单元116b可以包括孔隙尺寸小于I微米的过滤器。该过滤器例如可以是包括混合纤维素的注射过滤器(微孔WMCF134501，孔隙尺寸O. 45微米)。过滤単元116c可以包括孔隙尺寸在O. I微米至O. 3微米之间的过滤器。该过滤器例如可以是包括PTFE (聚四氟こ烯@)的注射过滤器(微孔1 了？134501，孔隙尺寸0.22微米)。可以从例如密理博公司获得适合的过滤器。图2示出根据实施例的样本保持器118 (例如试管)。样本保持器118可以具有已知尺寸和已知容积。在示例实施例中，使用了光学測量技木。在这种情况下，样本保持器118对于用于测量的光可以是至少部分透光的。图3示出用于测量浊度的光学測量技术的示例。采用水样本，并且来自光源126 (例如LED)的光被示出为穿过样本。利用光检测器128检测所发射的光，并且，所发射光被转换成电压信号。该电压信号被监测为时间的函数。随着颗粒物质在水中沉淀，更多的光透过样本，导致电压增加。因此，如下面更加详细地讨论的，可以确定池度。在透光的(部分透光的)样本保持器118的情况下,光源126和光检测器128可以位于样本保持器118的外部。由于检测器128和光源126在样本保持器118的外部，因此不与实验样本接触，从而它们通常不会被弄脏。光源126可以是任何类型，例如白炽灯、发光二极管(LED)、激光器或任何其它适合的光源。光检测器可以包括但不限于ニ极管检测器。可以从如Maxion Technologies公司等公司获得适合的光源。可以从如Arcoptix S. A.和Future Electronic,公司等公司获得适合的光检测器。可选地，样本保持器118中可以包括搅拌器122，其用于使样本均匀。搅拌器122也可以用于搅拌如下详细讨论的、添加到样本中的试剂。样本保持器118也可以包括下部 闸门124。可以在测量完成之后打开下部闸门124，以清空样本保持器118和/或允许进入样本保持器118的内部以便于清洗。下部闸门124也可以包括搅拌器122，搅拌器122包括连接至转子的可旋转杆。搅拌器122可以用于得到均质溶液。可替选地，可以使用磁性搅拌器。參照图4，样本保持器118包括清空样本保持器118时打开的浮子阀I。当样本保持器118填充至期望水平时，浮子阀I的阀闭合。以这种方式，可以利用待测水样本填充每个样本保持器118 (图2)。在一个实施例中，对于每种待测量的污染物，提供了単独的样本保持器118。以这种方式，可以同时对所有污染物単独地測量。在可替选的实施例中，可以在给定的样本保持器118中确定多种污染物。即，样本保持器118的数量可以小于待測量的污染物的数量。在该实施例中，通常顺序地而非同时执行污染物的測量。在一个实施例中，为了检测样本中是否存在特定的毒素和/或测量毒素的浓度，可以在某些或所有级中配置光源126 (例如发光二极管)和光检测器128 (例如ニ极管检测器)(图3、图5)。即，一个或更多个级可以在样本保持器118的ー侧配置有一个或更多个光源126，并且在样本保持器118的相对侧配置有一个或更多个光检测器128。可以通过測量已知波长的光吸收并且将该吸收与污染物的已知吸收标准进行比较来确定污染物的浓度。图4示出可以与设备100结合使用的试剂输送系统120的实施例。如所示出的，试剂输送系统120包括四个阀浮子阀I、进气阀2、试剂贮存阀3和试剂供给阀4。所示出的试剂输送系统120还包括试剂忙存器121、试剂输送活塞6和将试剂输送活塞6操作地连接到试剂贮存器121的压カ管5。在该实施例中，试剂输送活塞6附接至浮子阀I (其控制流到样本保持器118中的水)。随着浮子阀I在利用水样本填充样本保持器118时上升，输送活塞6导致压力管5中的压力。该压カ使得试剂贮存阀3和试剂供给阀4打开并输送部分试剂到样本保持器118中。然后，当实验完成并且样本被排出样本保持器118时，可以向下拉试剂输送活塞6并且进气阀2打开。当进气阀2打开时，空气进入压カ管5中，从而试剂输送系统120准备用于下一次实验。图5是示出根据实施例的设备100的四个光源126和四个光检测器128的配置的电路图。该实施例包括四个LED 126和四个ニ极管检测器128。在该实施例中，ニ极管检测器128的输出被发送至数字捕获模块130。如所示出的，数字捕获模块130包括适于数字存储的存储器132和可以控制设备100的操作的微处理器134。可选地，存储器132和/或微处理器134也可以包括允许进行数据分析的指令。在可替选的实施例中，存储器132和/或微处理器134与数字捕获模块130分开。S卩，存储器132和/或微处理器134位于与数字捕获模块130分开的外壳中。在示例实施例中，数字捕获模块130包括允许与例如远程计算机214 (图6)进行无线通信的无线通信电路136。在可替选的实施例中，无线通信电路136可以包含在独立的模块中。图6示出根据实施例的用于化学化合物的光学检测的系统202。在该实施例中，设备100被包围在容器或盒202内部。容器202可以包括用于快速干燥样本保持器118的高速风扇208。可选地，加热系统210可以与风扇208 —起使用或替代风扇208来干燥样本保持器118。气流(风扇208)与加热(加热系统210)结合通常比单独的通风或加热效果好。可选地，为了削弱设备100的微生物污染，可以在容器202的一个或更多个拐角处设置UV光源(例如UV LED)212。在一个实施例中，在容器202的所有的8个拐角处设置UV光源212。UV光源212通常辐射充足的时间以消灭任何微生物污染。例如，UV光源212可以在实验结束之后对设备100辐射ー个小时。 如上所述，设备100包括无线通信电路136。在包括无线通信电路136的情况下，设备100可以接收指令并发送数据至远程计算机214。系统200的远程计算机214可以包括工作站、膝上电脑和更小的计算装置，诸如个人数字助理(PDA)或甚至现代手机。实际上，远程计算机214包括能够无线地发送指令并接收数据的任何装置。利用无线通信电路136，可以远程地控制系统200。即，可以由与设备100没有直接物理接触的用户来操作设备100。再次參照图6，在一个实施例中，可以使用太阳能电池204给设备100供电。实际上，在某些实施例中，设备100的所有机械部件和电部件都可以由太阳能电池204供电。在可替选的实施例中，设备100可以包括电池206并由该电池供电。在另外的实施例中，设备100可以包括太阳能电池204和通过太阳能电池204充电的可充电电池206。这样的实施例可以通过太阳能电池204接收电能，并且还能够在具有最小光的条件下操作。在可替选的实施例中，可以通过非光学技术进行检测和測量。即，可以利用电学技术和其它技术代替光源126和光检测器128。例如,可以通过质量光谱(MS)或核磁共振(NMR)来检测有机分子。可以通过原子吸收来检测离子。在上述实施例中，与传统的装置相反，可以利用单独的装置确定浊度、生物材料、有机物和/或离子污染物。此外，可以操作设备100，使得可以基本上同时操作级108、110、112和114中的ー些或全部。以这种方式，可以快速且有效地确定浊度、生物材料、有机物和/或离子污染物。下面将描述使用设备100的方法的示例实施例(图7)。在该方法实施例的第一歩骤300中，通过泵106将水抽入设备100中。在ー个方面，泵106是注射型泵。当注射器的活塞退回时，产生吸力，这导致从池塘/湖抽出水。在可替选的方面，泵106可以是蠕动泵。也可以使用其它泵。如上所述，样本保持器118可以包括可拆卸的底部、下部闸门124。在活塞抽拉期间，下部闸门124闭合。当測量完成时，下部闸门124可以打开，以便于从样本保持器118清除废液。在一个实施例中，第一样本保持器118用于测量浊度。即，第一级是浊度级108。在浊度级中，测量单元可以包含具有大约660nm发射的高强度发光二极管。然而，可以使用其它波长，660nm远离最常见的污染物的吸收区域，因此660nm适于测量大颗粒的非特定散射。
可以用沉降率来表征浊度。沉降率通常取决于颗粒的质量和体积。因此，光強度増加的斜率提供了对沉降率的測量。可以根据沉降率计算溶解颗粒的尺寸。可以如下进行计算。对于自由沉降，施加在颗粒上的カ的总量可以分解成四个カ因加速度产生的力=重力-浮力-阻力。可以利用以下等式I和2计算浮力(为重力的函数)和阻力(为加速度的函数)。浮力
权利要求
1.一种设备，包括多个级，用于检测样本中的污染物，其中，所述多个级用于基本上同时检测多种污染物。
2.根据权利要求I所述的设备，其中，所述多个级中的一个用于測量所述样本的浊度。
3.根据权利要求I所述的设备，其中，所述多个级中的至少ー个用于测量所述样本中是否存在生物有机体。
4.根据权利要求I所述的设备，其中，所述多个级中的至少ー个用于测量所述样本中是否存在重金属离子。
5.根据权利要求I所述的设备，其中，所述多个级中的至少ー个用于检测所述样本中是否存在有机化合物。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述化合物选自由以下物质构成的组多氯化联ニ苯、ニ氧(杂)芑、呋喃、艾氏剂、狄氏剂、DDT、异狄氏剂、氯丹、六氯代苯、灭蚁灵、毒杀芬和七氯。
7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述设备包括用于检测多种不同有机化合物的多个级。
8.根据权利要求I所述的设备，其中，所述样本是水溶液。
9.根据权利要求I所述的设备，还包括至少ー个过滤单元。
10.根据权利要求I所述的设备，其中，级包括样本保持器、光源和光检测器。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述光源包括发光二级管(LED)。
12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述光检测器包括ニ极管。
13.根据权利要求I所述的设备，其中，所述设备被配置成被远程地操作。
14.ー种方法，包括获取样本；以及分析所述样本中是否存在生物有机体、重金属离子或有机化合物，其中，在具有多个不同传感器的设备中进行所述分析，所述多个不同传感器用于基本上同时检测是否存在生物有机体、重金属离子和/或有机化合物。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括測量所述样本的浊度。
16.根据权利要求13所述的方法，还包括向所述样本中添加细胞溶解试剂。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括向所述样本中添加量子点。
18.根据权利要求13所述的方法，还包括向所述样本中添加着色剂。
19.根据权利要求13所述的方法，还包括对所述样本进行过滤。
20.根据权利要求13所述的方法，其中，所述设备被配置成被远程地操作。
全文摘要
一种用于分析优选为水或水溶液的样本中是否存在污染物的系统和方法。设计了一种具有用于检测所述样本中的污染物的多个传感器级的设备，其中多个级用于基本上同时检测多种污染物。此外，设计了一种方法，该方法包括获取样本；分析所述样本中是否存在生物有机体、重金属离子或有机化合物。在具有多个不同传感器的设备中进行所述样本的分析，所述多个不同传感器用于基本上同时检测是否存在生物有机体、重金属离子和/或有机化合物。
文档编号G01N21/94GK102834717SQ201080065927
公开日2012年12月19日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年4月7日
发明者杰伊迪普·巴塔查里亚 申请人:英派尔科技开发有限公司