一种识别电子受体导致的电化学活性微生物检测毒害污染物假阳性的方法技术

本发明专利技术涉及一种识别电子受体导致的电化学活性微生物检测毒害污染物假阳性的方法。本方法通过设计两步检测法，利用生物电化学系统输出电信号抑制率和双向电子传递能力的电化学活性微生物产生反向电流，即可实现识别电子受体导致的水质生物毒性检测报警的假阳性问题。本发明专利技术建立的两步检测流程既具有生物电化学系统在水质检测中快速高效、操作方便和灵敏度高等优势，同时排除了检测中可能遇到的电子受体造成的假阳性报警问题。此外两步检测流程中的电化学系统运行相对独立，确保检测结果准确性的同时，节省检测成本，提高检测效率。提高检测效率。提高检测效率。

【技术实现步骤摘要】
一种识别电子受体导致的电化学活性微生物检测毒害污染物假阳性的方法


[0001]本专利技术涉及水质检测领域，具体涉及通过电化学活性微生物进行水质生物毒性假阳性检测。

技术介绍

[0002]水质检测对整个水环境保护、水污染控制以及维护水环境健康方面起着至关重要的作用。对饮用水来说，水中的有害细菌、重金属农药等会引起各种病症；对工业用水来说，水中的矿物杂质、酸碱离子等会影响产品质量或损害容器及管道，因此水质检测是关乎民生大事，不可小觑。传统的水质检测方法如化学热解法、原子荧光检测法、液相色谱法等虽然具有检测精度高、稳定性好、可重复性强等优势，但同时也存在操作步骤复杂、反应条件危险、检测时间长、技术要求高且容易造成二次污染等问题。而基于生物传感器的水质生物毒性检测技术因其分析速度快，检测范围广且可同时分析多种污染物的综合毒性而越来越受到重视，其已经成为确保供水和生态环境安全的基本措施之一。
[0003]水质生物毒性检测是基于生物毒理学发展起来的检测方法，水生生物长期生活在水环境中，其健康状态可反映水环境的污染程度。在一定条件下，水生生物生理行为的改变可以作为评估水环境安全与否的重要指标。如鱼类、蚤类、藻类和微生物等，通常被选做受试生物，通过其在水样中运动、呼吸活动和生理代谢的变化来评估水质毒性。微生物因其种类多、易培养、个体小和繁殖快等优势，是目前国际上研究最多的水质生物毒性检测受体。其中发光细菌毒性实验研究最为广泛，发光细菌含有荧光素、荧光酶、ATP等发光要素，可在有氧条件下通过细胞内生化反应而产生荧光作为报警信号。有毒物质通过抑制酶的活性或抑制胞内与发光反应相关的代谢过程降低荧光强度，从而通过观测发光细菌的荧光强度表征水体毒性。发光细菌法具有快速、灵敏性高、简洁方便、价廉等优点，但其实际应用时发光强度极易受到污染物颜色和浊度干扰，产生假阳性报警问题。
[0004]最近几年，随着电化学活性微生物受到越来越多研究者的关注，其应用范围涉及污水处理检测、微生物产电及MFC传感器等多个领域。电化学活性微生物是一种具有胞外电子传递能力，可实现化学能和电能双向转换的特殊环境微生物，基于电化学活性微生物的水质检测技术不仅可以避免发光细菌造成的假阳性，并且兼顾发光细菌水质毒性生物检测技术的优点。早期大量研究发现部分电化学活性微生物可以的利用不溶性固体例如电极作为电子受体，将呼吸链代谢产生的电子跨膜传递至胞外，这称为产电过程。在一定条件下，电化学活性微生物输出的电信号与微生物的代谢活性直接相关。而电化学活性微生物检测水质生物毒性的原理基于有毒有害物质会减弱损害微生物的正常代谢，导致电信号下降从而反应出有毒有害物质的浓度，其已被证明能够检测水样中重金属、有机农药和抗生素等多种污染物，表现出广阔的应用前景。
[0005]随着电化学活性微生物在检测水质生物毒性中的实际应用及研究的深入，水体中存在的电子受体，如硝酸盐、亚硝酸盐和富马酸等会干扰电化学活性微生物的电信号，造成
其电信号下降从而出现误报警。关于如何识别由电子受体导致的利用电化学活性微生物检测水质生物毒性可能产生的假阳性报警问题，其方法和技术有待进一步研究。

技术实现思路

[0006]本专利技术涉及一种识别电子受体导致的电化学活性微生物检测毒害污染物假阳性的办法，该办法的原理为：水体中毒害污染物降低电化学活性微生物的输出电流是基于毒理学效应，而水体中不具有毒理学效应的电子受体降低输出电流是由于与电极竞争电子，因此根据毒害污染物、电子受体降低电化学活性微生物输出电流的机制不同，能够识别电子受体导致的假阳性问题；该方法的特征为：构建二级报警流程，根据水体对电化学活性微生物输出电流的影响判断是否启动一级报警，根据水体对电化学活性微生物代谢活性的影响判断是否启动二级报警，综合一级、二级报警结果分析水质生物毒性，利用二级报警结果识别一级报警的假阳性，若一级报警为假阳性，根据水样对具有反向胞外电子传递能力的生物电化学系统反向电流的影响，判断水体中存在电子受体导致了一级报警的假阳性。
[0007]本专利技术所提供方法的具体步骤如下：
[0008](1)以对数生长期的电化学活性微生物作为种源构建纯培养的三电极生物电化学系统A；
[0009](2)将蒸馏水注射加入到系统A中，记录系统A输出的稳定电流参数i1；
[0010](3)将除菌后的待测水体注射加入到系统A中，记录系统输出的稳定电流参数i2；
[0011](4)设一级报警系数为P1，参考公式(1)计算电流抑制率：
[0012][0013]当P1≥30％则启动一级报警，当30％>P1≥0则不启动一级报警；
[0014](5)将正常电解液替换引起一级报警的电化学系统A中的电解液，将蒸馏水注射加入带系统A中，记录系统A输出的稳定电流参数i3；
[0015](6)设一级报警系数为P2，参考公式(2)计算电流抑制率：
[0016][0017]当P2≥30％则启动二级报警，当30％>P2≥0则不启动二级报警；
[0018](7)综合一级、二级报警结果分析水质生物毒性，若一级报警系数30％>P1≥0，水体正常，无生物毒性；若一级报警系数P1≥30％,二级报警系数30％>P1≥0,则一级报警为假阳性；一级报警系数P1≥30％,二级报警系数P2≥30％,则水体存在毒害污染物。
[0019](8)以具有双向电子传递能力的对数生长期电化学活性微生物为种源构建纯培养的三电极生物电化学系统B；
[0020](9)记录系统B稳定运行时的基线电流i4；
[0021](10)将引起一级报警的假阳性水体除菌后注射加入电化学系统B中，记录系统B输入的稳定电流参数i5；
[0022](11)设信噪比系数为S，参考公式(3)计算信噪比值：
[0023][0024]若S≥3，则水体中含有电子受体。
[0025]本专利技术的优点如下：与现有技术相比，本专利技术所述方法即具有生物电化学系统在水质检测中的优点，即快速高效、操作方便、灵敏度高等优势，同时排除了生物电化学系统在检测中可能遇到的电子受体造成的假阳性报警问题；此外两步检测流程中的电化学系统运行相对独立，确保检测结果准确性的同时，节省检测成本，提高检测效率。
附图说明
[0026]图1为本专利技术识别电子受体导致的电化学活性微生物检测毒害污染物假阳性的办法的流程图；
[0027]图2为本专利技术实例中S.loihica PV
‑
4生物电化学系统加入含电子受体水样输入电流变化图；
具体实施方式
[0028]实施例1
[0029]构建含有工作电极、对电极和参比电极组成的单室三电极生物电化学系统。工作电极选用边长为2cm的正方形碳布(HCP330，上海河森电气有限公司，中国)。对电极和参比电极分别采用边长1cm的正方形铂片电极(Pt210，天津艾达恒晟科技有限公司，中国)和标准Ag/AgCl电极(R0303，天津艾本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种识别电子受体导致的电化学活性微生物检测毒害污染物假阳性的方法，该方法的原理为：水体中毒害污染物降低电化学活性微生物的输出电流是基于毒理学效应，而水体中不具有毒理学效应的电子受体降低输出电流是由于与电极竞争电子，因此根据毒害污染物、电子受体降低电化学活性微生物输出电流的机制不同，能够识别电子受体导致的假阳性问题；该方法的特征为：构建二级报警流程，根据水体对电化学活性微生物输出电流的影响判断是否启动一级报警，根据水体对电化学活性微生物代谢活性的影响判断是否启动二级报警，综合一级、二级报警结果分析水质生物毒性，利用二级报警结果识别一级报警的假阳性，若一级报警为假阳性，根据水样对具有反向胞外电子传递能力的生物电化学系统反向电流的影响，判断水体中存在电子受体导致了一级报警的假阳性。2.如权利要求1所述的电子受体包括硝酸盐、亚硝酸盐、富马酸、氧化三甲胺和二甲基亚砜的一种或多种。3.如权利要求1所述的一级报警检测流程为：1)检测蒸馏水对电化学活性微生物影响，记录输出电流i1；2)检测水体对电化学活性微生物影响，记录输出电流i2；3)设一级报警系数为P1，参考公式(1)计算电流抑制率；4)当P1≥30％则启动一级报警，当30％>P1≥...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红，曹波，易越，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：