一种用于多水样同时测定的微生物电化学电池的制作方法

本实用新型属于水质监测技术领域，涉及一种用于多水样同时测定的微生物电化学电池。

背景技术：

微生物电化学电池作为一种能利用微生物降解有机物并将化学能转化为电能的反应系统，在水体中的生化需氧量、毒性物质等水质指标的测定中具有广泛研究及应用。

目前用于水质测定的微生物电化学电池一般由阳极室、阴极室及中间隔膜组成，在阳极室中，微生物降解有机物并产生电子，然后再通过外电路传递到阴极，阴极室的电子受体得到电子被还原，利用物质浓度与电信号的关系可以对物质进行测定，中间隔膜可以隔开阳极溶液及阴极溶液防止相互形成干扰影响测定。

微生物电化学电池用于水质测定时，水样通常注入微生物电化学电池的阳极室，阳极室需保持厌氧环境，不然氧气会消耗有机物的电子对电信号形成干扰影响测定，在阴极室，因空气廉价易得，常用空气中的氧气作为电子受体。目前用于水质测定的微生物电化学电池基本上一个阳极室对应一个阴极室，而水样只需在阳极室进行测定，在测定多个水样时阴极室会占用大量的空间及成本。氧气是阴极的主要电子受体，在测定多个水样时各个单独的微生物电化学电池之间阴极室中的氧气量很难保持一致，而且部分氧气会通过中间隔膜扩散进入阳极室，各个单独的微生物电化学电池之间阳极室的厌氧状态很难保持一致，这会使各水样之间的测定环境存在较大差异，不利于相互比较分析。目前用于水质测定的微生物电化学电池的阳极室一般是圆柱体或者长方体，水样体积在整个阳极室均匀分布，由于部分氧气会通过中间隔膜扩散，阳极室中越靠近中间隔膜的部分水样越容易被氧气消耗电子影响水质测定。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型为了解决上述用于水质测定的微生物电化学电池同时测定多个水样时阴极占用空间大、多个水样测定环境差异大，不利于对比分析的问题，提供一种用于多水样同时测定的微生物电化学电池。

为达到上述目的，本实用新型提供一种用于多水样同时测定的微生物电化学电池，包括套筒和套装在套筒内的中间隔膜，中间隔膜的中部套装空心圆柱形的阴极，阴极与中间隔膜之间的区域为阴极室，中间隔膜和套筒之间的环形区域沿径向均匀固定安装有两个及两个以上将环形区域均匀分隔为多个独立阳极室的隔板，每个阳极室均固定安装有阳极，每个阳极室的阳极与阴极之间连接有外接电路。

进一步，外接电路包括连接每个阳极和阴极的导线、安装在导线上的电路元件及电信号采集装置。

进一步，阳极靠近套筒固定安装在相邻隔板之间。

进一步，阳极材料、阴极材料均为碳布或碳毡。

进一步，阴极为空气阴极或曝气阴极。

进一步，中间隔膜采用质子膜或阳离子交换膜。

进一步，套筒、中间隔膜、阴极为共轴的圆筒状。

进一步，套筒、隔板为有机玻璃板。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型所公开的用于多水样同时测定的微生物电化学电池，隔板将中间隔膜与套筒之间的阳极区域均匀分隔为独立的阳极室，各阳极室之间互不相通，可以同时分别在每个阳极室内注入水样且相互之间不形成干扰。每个阳极室与阴极室之间形成了相互独立的测定系统，具有独立的电回路，相互之间的电信号不会形成干扰。相比于单独的多个微生物电化学电池，阴极室占用的总体积更小，节省了大量的空间，节约了检测分析成本。

2、本实用新型所公开的用于多水样同时测定的微生物电化学电池，氧气在中心区域通过阴极扩散到环形的阴极室(阴极区)，由于多个阳极室共用此阴极室，各个独立的测定系统之间阴极室的氧气量保持了一致，而且由于套筒是圆柱形结构，部分氧气通过中间隔膜时会辐射式地扩散进入各个阳极室，各个独立的测定系统之间阳极室的氧气量基本能保持一致，从而减小了各水样之间测定环境的差异，有利于相互间的比较与分析。并且从阳极室的具体结构上看，每个阳极室都是扇形结构，越靠近中心氧气扩散区体积越小，水样更多地分布于远离中心氧气扩散区的区域，有利于减少氧气对待测水样中电子的消耗。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本实用新型用于多水样同时测定的微生物电化学电池的结构示意图；

图2为本实用新型用于多水样同时测定的微生物电化学电池的俯视图。

附图标记：套筒1、中间隔膜2、阳极3、阴极4、隔板5、导线6、电信号采集装置7、阳极室8、阴极室9。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

一种用于多水样同时测定的微生物电化学电池，整体结构为圆柱体，整体构造及各功能区的分布如图1至2所示，为了方便加工组装及耐化学腐蚀，套筒1、隔板5以及基体大框架材料均采用有机玻璃板材质，套筒1内套装与套筒1共轴的圆筒状中间隔膜2，套筒1内壁与中间隔膜2之间的外环区域为阳极区，中间隔膜2内的内环区域为阴极区，中间隔膜2用于分隔阳极区和阴极区及传递反应相关离子并且可以防止阳极溶液及阴极溶液之间的相互干扰。中间隔膜2可以采用质子膜、阳离子交换膜。

中间隔膜2的中部套装空心圆柱形的阴极4，阴极材料为碳布或碳毡，阴极4为空气阴极或曝气阴极，以空心圆柱形的空气阴极为最佳，使用曝气阴极时需要在阴极4中心区域曝气。阴极4与中间隔膜2之间的阴极区也叫阴极室9，中间隔膜2和套筒1之间的环形区域沿径向均匀固定安装有两个及两个以上将环形区域均匀分隔为多个独立阳极室8的隔板5，用隔板5将阳极区均匀分隔为相互独立的相同体积的阳极室8，水样加入阳极室8进行测定，各阳极室8的溶液之间不相互流通。在阳极室8接种相同量的同样的微生物，每个阳极室8的阳极3靠近套筒1固定安装在相邻的隔板5之间。阳极3材料为碳布或碳毡。每个阳极室8的阳极3与阴极4之间连接有外接电路。外接电路包括连接每个阳极3和阴极4的导线6、安装在导线6上的电路元件及电信号采集装置7。

以基于上述结构构造的用于测定生化需氧量的多水样同时测定的微生物电化学电池如图1所示。此电池的整体结构由有机玻璃板组装而成；用八块相同的隔板5将阳极区分隔为八个相互独立的相同体积的阳极室8，在每个阳极室8紧靠套筒1内壁处分别放置一片阳极3，阳极3均采用同样大小的碳布，碳布与扇形的弦等宽、与阳极室8等高。在阴极室9中采用空气阴极，阴极4材料使用碳布、做成空心圆柱状放置在阴极室9的中央，阴极4与阴极室9等高，空气可以从中间通过阴极4扩散到阴极室9；中间隔膜2采用质子膜隔开阳极区及阴极区；每个阳极3分别用相同的钛丝与阴极4相连，每个阳极室8与阴极室9之间的导线6上均连有相同的电阻类电路元件及电信号采集装置7，由此每个阳极室8与阴极室9之间形成了相互独立的测定系统，具有独立的电回路，相互之间的电压不会形成干扰。

该微生物电化学电池用于测定多个水样的生化需氧量时，需要先在每个阳极室8接种同样量的同种微生物进行启动，启动阶段加入同样量、同浓度的有机物标准样品溶液(1：1质量浓度的葡萄糖、谷氨酸)维持微生物的生长，阳极室8的溶液除去有机物外还包含ph等于7的磷酸盐缓冲液及必要的维生素和微量元素，阴极室9则加入ph等于7的磷酸盐缓冲液，其中磷酸盐缓冲液的主要作用是维持系统的ph以及提供一定的电导率，维生素及微量元素则是微生物生长所需。溶液每次加入阳极室8前都需要曝氮气至厌氧状态，阴极室9则直接加入溶液，加入溶液后封闭各阳极室8及阴极室9，保证阳极室8的厌氧环境。根据电压情况在各阳极室8同时更换相同的阳极溶液并更换阴极溶液，当各独立的测定系统的电压达到稳定并接近一致后可以进行水样的测定。利用微生物电化学方法测定生化需氧量需要先利用有机物标准样品溶液(1：1质量浓度的葡萄糖、谷氨酸)绘制标准曲线或者校正，在此电池中，可以同时加入八个不同浓度的标准样品进行测定，相比于单独的八个微生物电化学电池，此时，八个标准样品的测定环境更能保持一致，更有利于标准曲线的绘制或者平行样之间的比较。然后测定具体水样时也能在同一个电池中同时加入八个水样，相比于单独的八个微生物电化学电池，操作起来更为方便，能节省一定的时间，而且同时加入的水样的测定条件基本能保持一致，有利于相互之间的比较及分析。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。