一种基于电化学阻抗谱的生物膜传感快速检测给水管网中制造技术

一种基于电化学阻抗谱的生物膜传感快速检测给水管网中

【技术实现步骤摘要】
一种基于电化学阻抗谱的生物膜传感快速检测给水管网中BDOC的方法


[0001]本专利技术属于水质生物稳定性指标
BDOC
检测领域，具体涉及一种基于电化学阻抗谱的生物膜传感快速检测给水管网中
BDOC
的方法
。

技术介绍

[0002]水质生物稳定性关系到饮用水水质安全
。
生物膜在饮用水分配系统中含有病原体，而病原体如细菌
、
病毒
、
原生动物等引起的传染病是与饮用水相关的最常见和最广泛的健康风险，这些风险可以通过控制饮用水中的营养基质来最小化
。
生物可降解溶解性有机碳
BDOC
是评价饮用水生物稳定性的一个重要指标
。
目前，已有多种
BDOC
的测定方法，包括悬浮培养法
、
生物反应器法
、
动态循环法
、
活性生物砂法，以上方法都是基于测定接种微生物前后的溶解性有机碳
DOC
变化的原理来计算
BDOC
，需要耗费较长的测定时间，缺乏时效性，并且检出限受
TOC
分析仪的限制
。
除此之外这些方法由于其是利用非原生细菌单一培养或高度驯化的细菌的分批方法，不能代表大多数水和分配系统中发现的动态本地细菌群落
。
[0003]电化学阻抗谱技术
(EIS)
通过向电极系统施加小振幅的电势或电流，使其产生近似线性的关系响应，依据在较宽频率范围内获得电极系统的阻抗谱图，来分析电极过程动力学信息和电极界面结构信息，其在金属腐蚀
、
电池性能研究等领域具有广泛的应用
。
使用
EIS
对微生物附着和生物膜发育进行了广泛研究，这种技术的非破坏性使其对于生物膜发育的实时监测非常有利
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了实现在快速
、
原位和无损的情况的下对水中
BDOC
进行有效检测，从而反应管道水质的生物稳定性，而提供一种基于电化学阻抗谱的生物膜传感快速检测给水管网中
BDOC
的方法
。
[0005]本专利技术的一种基于电化学阻抗谱的生物膜传感快速检测给水管网中
BDOC
的方法，所述的方法是按照以下步骤进行：
[0006]S1、
制备传感电极，将传感电极置于待检测
BDOC
浓度的饮用水中，使其表面形成生物膜；
[0007]S2、
在固定培养时间测量表面附着生物膜的电极的电化学阻抗谱；
[0008]S3、
根据表面附着生物膜的电极的电化学阻抗谱对等效电路模型中各器件进行参数辨识，获得电化学参数电容值；
[0009]S4、
在固定培养时间对表面附着生物膜的电极进行微生物检测；
[0010]S5、
收集电极表面的生物膜，制备细胞悬浮液，并使用流式细胞仪计数，获得微生物参数细胞密度；
[0011]S6、
在固定培养时间对放置有传感电极的标准溶液进行
BDOC
浓度检测，获得
BDOC
浓度；
[0012]S7、
依据微生物参数细胞密度与
BDOC
浓度关系公式，绘制曲线，拟合出方程；
[0013]所述的微生物参数细胞密度与
BDOC
浓度关系公式：
[0014][0015]其中，
tK1为在反应时间固定的条件下的常数，
S
为单一限制性底物浓度，
N
t
为电极上
t
时间附着的细胞个数，
N0为电极初始时间附着的细胞个数；
[0016]所述的绘制曲线，拟合出方程公式：
[0017][0018]其中，
K
为半饱和常数，
S
为单一限制性底物浓度，
C
t
的双层电容比值，
b
为常数；所述的
C
t
的计算公式如下：
[0019]C
t
＝
K2N
t
+b.
[0020]其中，
K2为半饱和常数，
N
t
为电极上
t
时间附着的细胞个数，
b
为常数；
[0021]S8、
测定实际水样中生长的生物膜的电容，带入曲线拟合的方程，求出水样
BDOC
的浓度
。
[0022]进一步地，所述的传感电极为不锈钢材质，不锈钢电极的几何尺寸为长度
100mm
，直径为
5mm。
[0023]进一步地，所述的传感电极进行预处理后置于待检测
BDOC
浓度的饮用水中，所述的预处理为：将电极浸入次氯酸钠溶液中1小时，随后，将电极连续三次浸入新鲜超纯水中
30
分钟，并将电极置于
75℃
的烘箱中
48
小时，以去除任何残留氯；所述的次氯酸钠溶液的总氯浓度为
20mg/L。
[0024]进一步地，步骤
S2
中固定培养时间指每间隔
1d
测量一次，具体间隔时间为
0d、1d、2d、3d、4d、5d、6d
和
7d。
[0025]进一步地，步骤
S3
中根据表面附着生物膜的电极的电化学阻抗谱对等效电路模型中各器件进行参数辨识是在
10mV
的交流电压下，
10mHz
～
100KHz
之间进行
。
[0026]进一步地，步骤
S3
中所述的等效电路模型包括：溶液电阻
Rs
，双层电容
C
和电荷转移电阻
Rct
并联后与扩散电化学元件
W
串联
。
[0027]进一步地，步骤
S4
中固定培养时间指每间隔
1d
测量一次，具体间隔时间为
0d、1d、2d、3d、4d、5d、6d
和
7d。
[0028]进一步地，步骤
S4
中微生物检测的温度为
25℃。
[0029]进一步地，所述的
K1S
的计算公式为
μ
＝
K1S
，其中
μ
为微生物的比生长速率
。
[0030]进一步地，所述的微生物的比生长速率
μ
公式为其中
μ
max
微生物的最大比生长速率
。
[0031]本专利技术包含以下有益效果：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于电化学阻抗谱的生物膜传感快速检测给水管网中
BDOC
的方法，其特征在于所述的方法是按照以下步骤进行：
S1、
制备传感电极，将传感电极置于待检测
BDOC
浓度的饮用水中，使其表面形成生物膜；
S2、
在固定培养时间测量表面附着生物膜的电极的电化学阻抗谱；
S3、
根据表面附着生物膜的电极的电化学阻抗谱对等效电路模型中各器件进行参数辨识，获得电化学参数电容值；
S4、
在固定培养时间对表面附着生物膜的电极进行微生物检测；
S5、
收集电极表面的生物膜，制备细胞悬浮液，并使用流式细胞仪计数，获得微生物参数细胞密度；
S6、
在固定培养时间对放置有传感电极的标准溶液进行
BDOC
浓度检测，获得
BDOC
浓度；
S7、
依据微生物参数细胞密度与
BDOC
浓度关系公式，绘制曲线，拟合出方程；所述的微生物参数细胞密度与
BDOC
浓度关系公式：其中，
tK1为在反应时间固定的条件下的常数，
S
为单一限制性底物浓度，
N
t
为电极上
t
时间附着的细胞个数，
N0为电极初始时间附着的细胞个数；所述的绘制曲线，拟合出方程公式：其中，
K
为半饱和常数，
S
为单一限制性底物浓度，
C
t
的双层电容比值，
b
为常数；所述的
C
t
的计算公式如下：
C
t
＝
K2N
t
+b
其中，
K2为半饱和常数，
N
t
为电极上
t
时间附着的细胞个数，
b
为常数；
S8、
测定实际水样中生长的生物膜的电容，带入曲线拟合的方程，求出水样
BDOC
的浓度
。2.
根据权利要求1所述的一种基于电化学阻抗谱的生物膜传感快速检测给水管网中
BDOC
的方法，其特征在于所述的传感电极为不锈钢材质，不锈钢电极的几何尺寸为长度
100mm
，直径为
5mm。3.
根据权利要求1或2所述的一种基于电化学阻抗谱的生物膜传感快速检测给水管网中
BDOC
的方法，其特征在于所述的传感电极进行预处理后置于待检测
BDOC
浓度的饮用水中，所述的预处理为：将电极浸入次氯酸钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑成志，钟丹，殷晓明，赵祺佳，孙国胜，邓玉海，马文成，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学广东粤海水务投资有限公司，
类型：发明
国别省市：