一种水质毒性监测及毒性物质定位的在线分析仪及分析方法与流程

本发明涉及水体污染监测领域，特别涉及一种适用于饮用水源地、河流、湖泊、海洋、污水处理厂、自来水厂、饮用水厂、食品饮料等行业水体的生物毒性自动在线检测仪及监测方法。

背景技术：

20世纪80年代后，水环境污染情况愈发复杂，重金属、有机毒物引起的污染事故频繁发生，这些情况引起了国内外对水质生态、生物安全性的高度重视。有毒污染物判定及浓度分析等理化分析手段已经不能解决水质安全性评价的问题。由于水体中含有的污染物质千差万别，理化指标仅反映其中很少一部分物质的含量，无法对所有物质污染状况做出综合评价。因此，发展新的快速、准确评价各类污染物毒性的有效方法显得非常迫切和必要。

申请号为201410245380.5申请日为2014年6月4日的发明专利公开了《一种生物毒性自动监测仪及监测方法》，包括取样单元、定量单元、检测单元、正控液池、前处理单元、菌液复苏保存单元、盐溶液单元及控制单元，并且通过上述各组成部分的相互配合，实现生物毒性自动化在线监测。该监测仪结构简单，易于实现，具有较低的产品成本。但是该发明只能监测水样是否有毒，不能对污染物进行快速的定位，即不能及时分析判断是何种污染源。如果需要进一步确认污染源必须对水体进行采样送至相关的实验室进行分析。此过程周期较长且人力物力耗费巨大，无法及时有效的确定污染源。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种水质毒性监测及毒性物质定位的在线分析仪及分析方法，利用发光细菌法对毒性进行判定，当有毒的情况下利用全光谱技术对水样进行分析，最后确定被测物质的吸光度，对毒性物质类型进行初步的确认。

本发明所采用的技术方案是：

一种水质毒性监测及毒性物质定位的在线分析仪，包括一取样单元，一细菌保存室，一反应室，一盐溶液单元，一检测单元和控制单元；

所述取样单元包括有取样注射器和多通阀，所述取样注射器用于从多通阀的取样口抽取试样，所述多通阀在控制单元的控制下将多个阀口之一与取样口相连，所述多通阀的其中两个阀口通过管路分别与细菌保存室及在线样相连；

所述反应室中设有稀释池、水样池和参比池，所述稀释池、水样池和参比池分别通过管路与多通阀相连；

所述盐溶液单元包括盛有盐水的盐水桶和盛有参比水的参比桶，所述盐水桶和参比通分别通过管路与多通阀相连；

所述检测单元包括双光路检测模块和光谱检测模块；所述双光路检测模块包括一水样注射器和一参比注射器，水样注射器与水样池通过管路相连，参比注射器与参比池通过管路相连，所述水样注射器和参比注射器分别对应有一光电倍增管，两个光电倍增管分别用于检测水样注射器和参比注射器内的微生物荧光信号，并将荧光信号转换成电信号，传递至控制单元；所述光谱检测模块通过管路与多通阀相连，当生物监测信号达到或超过预设阈值是，利用全光谱技术对水样进行分析，实现对毒性物质类型的初步确认，并将信号传输至控制单元。

作为优选，所述光谱检测模块采用紫外可见分光光度计原理，包括光源、单色器、比色池、光电检测器和显示器；所述光源用于提供紫外光区或可见光区的连续入射光；所述单色器用于将光源辐射的复合光分成单色光；所述比色池用于盛装试样，包括一个玻璃比色池和一个石英比色池，其中玻璃比色池用于可见光区，石英比色池用于紫外光区；光电检测器用于将光信号转变成电信号；电信号经过处理后由显示器显示结果。

作为优选，在可见光区域，光源采用卤素钨灯，波长范围为350-1000nm；在紫外光区，所述光源采用氘灯，波长范围为190-400nm。

作为优选，所述光谱检测模块还包括一个灯选择反射镜，用于进行光源选择和切换。

作为优选，盐溶液单元还包括废液桶，所述废液桶通过管路与多通阀相连。

作为优选，该分析仪还包括有排液装置，所述排液装置包括多个排液泵，所述多个排液泵的入水端分别与细菌保存室、稀释池、水样池和参比池连接，出水端通过管路连接于废液桶，用于将细菌保存室、稀释池、水样池和参比池中的废液排出。

作为优选，该分析仪还包括有吹气过滤装置，所述吹气过滤装置包括多个搅拌泵，多个搅拌泵的出气口通过管路分别连接稀释池、水样池、参比池和细菌保存室，多个搅拌泵的进去口设有针头过滤器，该吹气过滤装置用于分别向稀释池、水样池、参比池和细菌保存室内吹入空气，以对其中的试液进行搅动。

作为优选，多通阀还与离线样、质控样通过管路连接。

采用上述一种水质毒性监测及毒性物质定位的在线分析仪实现的分析方法，包括以下步骤：

S1，稀释液配置阶段

控制单元启动测试程序，取样注射器在控制单元的控制下通过多通阀依次进行以下操作：连接盐水桶，抽取盐水注入反应室中的稀释池、水样池和参比池；连接参比桶，抽取参比水注入稀释池和参比池；抽取在线样注入水样池；抽取细菌保存室中的菌液注入稀释池而形成稀释液；

S2，菌液适应调节阶段

控制单元控制搅拌泵对稀释池吹气，稀释液进行混合搅拌后，在稀释池内保持恒温；

S3，接触反应阶段

控制单元控制取样注射器对稀释液进行两次相同剂量的抽取后，分别注入水样池和参比池，令稀释液与水样反应；

S4，测试阶段

水样注射器抽取水样池之内的水样，参比注射器抽取参比池内的参比水，两个光电倍增管分别检测水样和参比水的微生物的荧光信号，并且将荧光信号转换为电信号而传输至控制单元，由控制单元根据水样和参比水的荧光强度计算发光抑制率；当抑制率超过预设阈值时，控制单元控制取样注射器抽取在线样注入光谱检测模块，通过不同物质所对应的光谱范围，对毒性物质类型进行初步的确认。

作为优选，步骤S4中，光谱检测模块检测流程为光源发出的复合光经反射镜进入单色器分解为单色光并将测定所需要的波长的光投射入比色池中，特征波长的光被样品溶液吸收掉，与其互补色的光透过比色池照射在光电检测器上，光信号被转变为电信号，经放大、数据传输、保存，到测量结果的显示。

与现有技术相比，本发明整体结构精巧，设计巧妙，突破以往体积庞大的弊端，实时监测，快速定位毒性指标，不但可以监测水体是否有毒，还可以及时的检测出水体的污染源类别，大大缩短了后续实验室精确定量分析的周期，节约了人力物力成本；操作简单，可靠性强，在1小时内完成全部测量流程。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图，其中(a)为主视图，(b)为后视图。

图2为本发明实施例液路图。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

如图1图2所示，一种水质毒性监测及毒性物质定位的在线分析仪，包括一取样单元1，一细菌保存室2，一反应室3，一盐溶液单元4，一检测单元5，一排液装置7，一吹气过滤装置8和控制单元6；

取样单元1包括有取样注射器11和多通阀12，多通阀12由两个八通阀组成，分别为八通阀A和八通阀B，取样注射器与八通阀A的取样口连通进行取样，八通阀A的7号阀口通过管路与八通阀B的取样口连通，八通阀A的3号阀口通过管路与细菌保存室2连通；所述反应室3中设有稀释池31、水样池32和参比池33，所述稀释池31、水样池32和参比池33分别通过管路与八通阀A的4号、5号、6号阀口相连；所述盐溶液单元4包括盛有盐水的盐水桶41、盛有参比水的参比桶42和废液桶43，所述盐水桶41和参比桶42分别通过管路与八通阀A的2号、1号阀口相连；八通阀A的8号阀口空接，输入空气。八通阀B的的1号、2号阀口分别连通在线样和离线样，3号阀口通过管路与废液桶43连通，4号阀口空接，5号阀口连通质检样即硫酸锌溶液，6号阀口通过管路与检测单元的光谱检测模块51连接，7号8号阀口预留，作为扩展接口。

检测单元5包括双光路检测模块52和光谱检测模块51；所述双光路检测模块52包括一水样注射器和一参比注射器，水样注射器与水样池通过管路相连，参比注射器与参比池通过管路相连，所述水样注射器和参比注射器分别对应有一光电倍增管，两个光电倍增管分别用于检测水样注射器和参比注射器内的微生物荧光信号，并将荧光信号转换成电信号，传递至控制单元；光谱检测模块51通过管路与八通阀B的6号阀口相连，当生物监测信号达到或超过预设阈值时，利用全光谱技术对水样进行分析，实现对毒性物质类型的初步确认，并将信号传输至控制单元。

所述光谱检测模块51采用紫外可见分光光度计原理，基本构造主要由光源、单色器、比色池、光电检测器和显示器几部分组成。

光源：是提供入射光的装置。在所需的光谱范围内，发射连续的具有足够强度和稳定的紫外光或可见光。在其可见光区的光源采用卤素钨灯，可用的波长范围为350-1000nm；在紫外光区的光源采用氘灯，可用的波长范围为190-400nm；两光源有仪器上的一个灯选择反射镜自动进行选择和光源切换。

单色器：是将光源辐射的复合光分成单色光的光学装置。采用先进的光栅单色器、有入射狭缝、出口狭缝、色散元件、准直镜等光学元件组成。

比色池：用于盛装试样的装置。比色池必须能够透过所测光谱范围的光，其可见光区域使用玻璃比色池，紫外光区域使用石英比色池。

光电检测器：是将光信号转变成电信的装置；检测器采用光电倍增管。

显示器：将检测器输出的信号放大并显示出来。

排液装置7包括4个排液泵，4个排液泵的入水端分别与细菌保存室、稀释池、水样池和参比池连接，出水端通过管路连接于废液桶，用于将细菌保存室、稀释池、水样池和参比池中的废液排出。

吹气过滤装置8包括4个搅拌泵81，搅拌泵的出气口通过管路分别于分别与细菌保存室、稀释池、水样池和参比池连接，搅拌泵的进气口设有针头过滤器82。

采用上述水质毒性监测及毒性物质定位的在线分析仪实现的一种分析方法，包括以下步骤：

S1，稀释液配置阶段

控制单元启动测试程序，取样注射器在控制单元的控制下通过八通阀A连接至盐水桶，抽取盐水注入反应室中的稀释池、水样池和参比池，之后八通阀A连接参比桶，抽取参比水注入稀释池和参比池，控制单元控制八通阀A切换连接八通阀B，所述取样注射器抽取八通阀B的在线样后注入水样池，所述八通阀B切换连接八通阀A,取样注射器抽取八通阀A的菌液后注入稀释池而形成稀释液；

S2，菌液适应调节阶段

控制单元控制搅拌泵对稀释池吹气，稀释液进行混合搅拌后，在稀释池内保持恒温；

S3，接触反应阶段

控制单元控制取样注射器对稀释液进行两次相同剂量的抽取后，分别注入水样池和参比池，令稀释液与水样反应；

S4，测试阶段

水样注射器抽取水样池之内的水样，参比注射器抽取参比池内的参比水，两个光电倍增管分别检测水样和参比水的微生物的荧光信号，并且将荧光信号转换为电信号而传输至控制单元，由控制单元根据水样和参比水的荧光强度计算发光抑制率；当抑制率超过预设阈值时，控制单元控制取样注射器抽取在线样注入光谱检测模块，通过不同物质所对应的光谱范围，对毒性物质类型进行初步的确认。

所述光谱检测模块测试流程为光源发出的复合光经反射镜进入单色器的入射狭缝，经准直镜变为平行光束投射到色散元件-光栅上，分解为单色光。测定所需要的波长的光经过滤光片轮的选择后，从出口狭缝中穿出，经反射镜反射聚焦，投射入比色池中。此时，特征波长的光被样品溶液吸收掉，与其互补色的光透过比色池照射在光电检测器上，光信号被转变为电信号，经放大、数据传输、保存，到测量结果的显示。

说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施例仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。