一种超灵敏电活性生物膜实现对水体中超低浓度甲醛检测的方法技术

一种超灵敏电活性生物膜实现对水体中超低浓度甲醛检测的方法，该方法主要目的是利用超灵敏电活性生物膜检测水体中甲醛，首先通过电化学反应器对电活性生物膜进行培养，电化学反应器由上直径8cm、下直径7cm、高12cm的聚四氟乙烯圆柱组成，采用0.1～0.5g/L的乙酸钠作为碳源进行不同灵敏度电活性生物膜的培养，培养好的电活性生物膜分别对浓度为0.0001％的甲醛进行检测，通过响应程度大小反映水体中甲醛浓度高低，决定是否可以检测出痕量浓度的甲醛。本发明专利技术的优点是：培养超灵敏电活性生物膜方法简单，操作容易，并可以实现对痕量级别的甲醛浓度进行线性响应，为电活性生物膜传感器在痕量污染物领域提供了研究方法。

【技术实现步骤摘要】
一种超灵敏电活性生物膜实现对水体中超低浓度甲醛检测的方法
本专利技术属于生物电化学
，特别涉及一种利用电活性生物膜检测水体超低浓度甲醛的方法。
技术介绍
随着经济的快速发展，新型污染物的出现给人类的健康和生态系统的平衡造成了严重危害。水体中一些痕量污染物由于其潜在危害性已经越来越受到重视，但是这些痕量污染物是很难被传统的水处理技术去除或者检测。甲醛作为家装中常见的污染物，是极易溶于水体的，水体中的甲醛具有很高的细胞毒性，能够与氨基酸和DNA分子反应产生羟甲基氨基酸衍生物并发生交联反应，含有甲醛的水体一旦与人体接触，也会产生很严重的中毒反应，水体中浓度较高的甲醛可以被去除或者快速检测出来，但是对于痕量浓度的甲醛的检测则是一件很棘手的问题。虽然物理、化学传感器可以通过材料修饰等提高灵敏度并响应痕量污染物，但是这些传感器造价和维护费太高，并不利于其批量生产，而生物传感器则存在较低灵敏度和培养周期长的问题。所以，面对痕量污染物，找到一种超灵敏的敏感元件是十分有必要的。
技术实现思路
本专利技术目的是解决现有技术存在的灵敏度低、检出限高难以满足响应水体痕量浓度甲醛的问题，提供一种利用优化的电活性生物膜实现对水体中超低浓度(痕量浓度)甲醛检测的方法。本专利技术提供的超灵敏电活性生物膜实现对水体中超低浓度甲醛检测的方法是通过以下步骤实现的：1)超灵敏电活性生物膜的培养电化学反应器由上直径8cm、下直径7cm、高12cm的聚四氟乙烯圆柱组成，向电化学反应器中加入溶液为生活污水或长期驯化的微生物燃料电池的出水与磷酸缓冲溶液的混合液体，加入乙酸钠0.1～0.5g/L作为碳源，采用计时电流法进行不同灵敏度的电活性生物膜培养，运行3-5天以形成不同厚度、形貌的电活性生物膜。2)超灵敏电活性生物膜对甲醛的响应向上述已经形成稳定的电活性生物膜的电化学反应器中加入浓度为0.0001％～0.005％的甲醛溶液，通过计算时间-电流曲线的斜率变化，确定超灵敏电活性生物膜对不同甲醛浓度的响应能力，从而反映水体中甲醛浓度高低，并绘制标准曲线；3)超灵敏电活性生物膜对待测水体中甲醛浓度的测量与计算利用不同浓度碳源形成的超灵敏电活性生物膜分别检测待测水体的甲醛浓度，通过电流的变化系数(电流随时间变化斜率)，结合第二步的标准曲线，利用公式反推待测水体中的甲醛浓度。其中，步骤1)所述生活污水或长期训化的微生物燃料电池的出水与磷酸缓冲溶液的混合体积比例为3～1:1。步骤2)所述通过计算时间-电流曲线的斜率变化，确定不同电活性生物膜对不同甲醛浓度的响应能力是指，通过电流随时间变化斜率大小来反映电活性生物膜对甲醛的灵敏度，标准是斜率越大，形成的电活性生物膜对甲醛响应越灵敏。本专利技术的优点和有益效果：本专利技术和现有技术相比，通过优化电活性生物膜实现了对水体中痕量浓度的甲醛的快速检测，克服了传统检测技术灵敏度低、检出限高、成本高的缺点，为以后传感器在痕量污染物领域的检测提供了一种新技术。附图说明图1是以0.5g/L乙酸钠为碳源的电活性生物膜响应痕量浓度0.0001％甲醛图，其中，A为0.5g/L电活性生物膜对甲醛的检测电流，B为线性拟合。图2是以0.2g/L乙酸钠为碳源的电活性生物膜响应痕量浓度0.0001％甲醛图，其中，A为0.2g/L电活性生物膜对甲醛的检测电流，B为为线性拟合。图3是以0.1g/L乙酸钠为碳源的电活性生物膜响应痕量浓度0.0001％甲醛图，其中，A为0.1g/L电活性生物膜对甲醛的检测电流，B为为线性拟合。图4是以1.0g/L乙酸钠为碳源的电活性生物膜响应痕量浓度0.0001％甲醛图，其中，A为1.0g/L电活性生物膜对甲醛的检测电流，B为为线性拟合。图5是以0.5g/l乙酸钠为碳源的电活性生物膜响应甲醛浓度时，甲醛浓度与电流衰减系数变化图。图6是以0.5g/L乙酸钠为碳源的电活性生物膜响应待测水体中甲醛浓度变化的电流图。具体实施方式实施例1：一种以0.5g/L乙酸钠为碳源电活性生物膜对甲醛的检测方法1)电活性生物膜的培养电化学反应器由上直径8cm、下直径7cm、高12cm的聚四氟乙烯圆柱组成，向电化学反应器中加入溶液为长期驯化的微生物燃料电池的出水与磷酸缓冲溶液的混合液体，混合体积比例为2:1，加入乙酸钠0.5g/L作为碳源，采用计时电流法进行电活性生物膜培养，运行3天。2)超灵敏电活性生物膜对甲醛的响应向上述已经形成稳定的电活性生物膜的电化学反应器中加入浓度为0.0001％、0.0002％、0.0005％和0.0010％的甲醛溶液，通过计算时间-电流曲线的斜率变化，确定电活性生物膜对甲醛浓度的检测能力。加入0.0001％的甲醛溶液，电流变化如图1所示，可以看出该浓度乙酸钠启动形成的电活性生物膜可以很灵敏的检测出水体中的微量甲醛。通过对四个甲醛浓度引起电流的变化与甲醛浓度绘制标准曲线，如图5所示，公式为：y＝6683.6x+0.5649,R2＝0.976。3)超灵敏电活性生物膜对待测水体中甲醛浓度的测量与计算利用该超灵敏电活性生物膜检测待测水体A的甲醛浓度，通过电流的变化，结合第二步的标准曲线，利用公式反推待测水体中的甲醛浓度。如图6所示，电流变化系数为1*10-8，对应甲醛浓度为0.0006％。实施例2：一种以0.2g/L乙酸钠为碳源电活性生物膜对甲醛的检测方法1)电活性生物膜的培养电化学反应器由上直径8cm、下直径7cm、高12cm的聚四氟乙烯圆柱组成，向电化学反应器中加入溶液为长期驯化的微生物燃料电池的出水与磷酸缓冲溶液的混合液体，混合体积比例为3:1，加入乙酸钠0.2g/L作为碳源，采用计时电流法进行电活性生物膜培养，运行4天。2)超灵敏电活性生物膜对甲醛的响应向上述已经形成稳定的电活性生物膜的电化学反应器中加入浓度为0.0001％、0.0005％、0.0020％和0.0050％甲醛溶液，通过计算时间-电流曲线的斜率变化，确定电活性生物膜对甲醛浓度的检测能力。如图2所示，可以看出该浓度乙酸钠启动形成的电活性生物膜可以很灵敏的检测出水体中的微量甲醛。通过对四个甲醛浓度引起电流的变化与甲醛浓度绘制标准曲线。公式为：y＝13603.7x+1.9824,R2＝0.962。3)超灵敏电活性生物膜对待测水体中甲醛浓度的测量与计算利用该超灵敏电活性生物膜检测待测水体B的甲醛浓度，通过电流的变化，结合第二步的标准曲线，利用公式反推待测水体中的甲醛浓度。电流变化为2.5*10-8，对应甲醛浓度为0.0030％。实施例3：一种以0.1g/L乙酸钠为碳源电活性生物膜对甲醛的响应的方法1)电活性生物膜的培养电化学反应器由上直径8cm、下直径7cm、高12cm的聚四氟乙烯圆柱组成，向电化学反应器中加入溶液为长期驯化的微生物燃料电池的出水与磷酸缓冲溶液的混合液体，混合体积比例为1:1，加入乙酸钠0.1g/L作为碳源，采用计时电流法进行电活性生物膜培养，运行5天。2)超灵敏电活性生物膜对甲醛的响应向上述已经形成稳定的电活性生物膜的电化学反应器中加入浓度为0.0001％、0.0002％、0.0010％和0.0020％甲醛溶液，通过计算时间-电流曲线的斜率变化，确定电活性生物膜对甲醛浓度的检测能力。如图3所示，可以看出该浓度乙酸钠启动比0.2g/L启动要显著，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超灵敏电活性生物膜实现对水体中超低浓度甲醛检测的方法，其特征在于该方法是通过以下步骤实现的：1)超灵敏电活性生物膜的培养电化学反应器由上直径8cm、下直径7cm、高12cm的聚四氟乙烯圆柱组成，向电化学反应器中加入溶液为生活污水或长期驯化的微生物燃料电池的出水与磷酸缓冲溶液的混合液体，加入乙酸钠0.1～0.5g/L作为碳源，采用计时电流法进行不同灵敏度的电活性生物膜培养，运行3‑5天以形成不同厚度、形貌的电活性生物膜；2)超灵敏电活性生物膜对甲醛的响应向上述形成稳定的电活性生物膜的电化学反应器中加入浓度为0.0001％～0.005％的甲醛溶液，通过计算时间‑电流曲线的斜率变化，确定超灵敏电活性生物膜对不同甲醛浓度的响应能力，从而反映水体中甲醛浓度高低，并绘制标准曲线；3)超灵敏电活性生物膜对待测水体中甲醛浓度的检测与计算利用不同浓度碳源形成的超灵敏电活性生物膜分别检测待测水体的甲醛浓度，通过电流的变化系数即电流随时间变化斜率，结合第二步的标准曲线，利用公式反推待测水体中的甲醛浓度。

【技术特征摘要】
1.一种超灵敏电活性生物膜实现对水体中超低浓度甲醛检测的方法，其特征在于该方法是通过以下步骤实现的：1)超灵敏电活性生物膜的培养电化学反应器由上直径8cm、下直径7cm、高12cm的聚四氟乙烯圆柱组成，向电化学反应器中加入溶液为生活污水或长期驯化的微生物燃料电池的出水与磷酸缓冲溶液的混合液体，加入乙酸钠0.1～0.5g/L作为碳源，采用计时电流法进行不同灵敏度的电活性生物膜培养，运行3-5天以形成不同厚度、形貌的电活性生物膜；2)超灵敏电活性生物膜对甲醛的响应向上述形成稳定的电活性生物膜的电化学反应器中加入浓度为0.0001％～0.005％的甲醛溶液，通过计算时间-电流曲线的斜率变化，确定超灵敏电活性生物膜对不同甲醛浓度的响应能力，从而反映水体中甲醛浓度高低，并绘制标准曲线；3)超灵敏电活性生...

【专利技术属性】
技术研发人员：李田，周启星，王鑫，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津,12