Датчик для оценки токсичности жидкости

 

1. ДАТЧИК ДЛЯ ОЦЕНКИ ТОКСИЧНОСТИ ЖИДКОСТИ, в нижней части корпуса которого расположена камера, ограниченная сверху воспринимающей поверхностью детектирующего электрода, а снизу - полупроницаемой мембраной и снабженная впускной и выпускной трубками, концы которых выведены л верхнюю часть корпуса, отличающийся тем, что, с целью точного определения суммарной точности жидкости , камера выполнена светонепроницаемой и соединена световодами с источником света, которьй установлен в дополнительной полости-корпуса, изолированной от камеры, и полости детектирующего электрода, полупроница емая мембрана выполнена диализной и светонепроницаемой, а впускная и выпускная трубки снабжены приспособлением для их перекрытия. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что высота камеры выбрана от 1,0 до 3,0 мм. 3.Датчик по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что внутренняя поверхность образована ныходными торцами световодов. 4.Датчик по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что приспособление для перекрытия трубок выполнено в виде установленного с уплотнением в прилегающей к камере части корпуса с возможностью поворота в три фиксированных положения кольца, при этом в месте установки кольца трубки имеют вырез на его толщину, причем кольцо имеет прорези для световодов и три отверстия, которые расположенр так, что в одном из крайних положений кольца два отверстия соединяют неохние сл и нижние части обеих трубок, в другом крайнем положении верхняя и нижняя, части впускной трубки соединены треть им отверстием, а в промежуточном положении обе трубки перекрыты. 00 СП 5.Датчик по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что в корпусе устаел новлен термодатчик. 4: 6.Датчик по пп. 1 и 4, о т л и СО чающий с я тем, что, с целью удобства эксплуатации, корпус выпопнен разъемным, а провода от детектирующего электрода и от термодатчика имеют разъемы в виде, например, нормально замкнутых контактов, установленных в герметичной полости, а верхняя часть корпуса выполнена удлиненной или в виде присоединенной штанги. 7.Датчик по п. 1,отличающ и и с я тем, что диализная светонепроницаемая мембрана выполнена, например, из черного капрона с ячейкой 1-3 мкм и толщиной 10-100 мкм.

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А

3(Я1 С 01 N 33/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2861513/18-25 (22) 27. 12. 79 (46) 30.05.84. Бюл. Ф 20 (72) П.З.Цацко,В.И.Мацкивский,Д.В.Савенко, В.Г.Лозанский и А.Н.Копылов (7 1) Всесоюзный научно-исследовательс кий институт по охране вод (53) 628.314(088.8) (56) 1.. Финаков Г.3., Брант А.Б. Применение амперметрического метода для исследования влияния света на кислородный обмен водных растений. Деп.

Ф 2684-74. АН СССР, Институт биологической физики, Пущино, 1974.

2. Заявка Великобритании Р 15082471 кл. G 01 N 26/56, 1978 (прототип). (54) (57) 1. ДАТЧИК ДЛЯ ОЦЕНКИ ТОКСИЧНОСТИ ЖИДКОСТИ, в нижней части корпуса которого расположена камера, ограниченная сверху воспринимающей поверхностью детектирующего электрода, а снизу — полупроницаемой мембраной и снабженная впускной и выпускной трубками, концы которых вывепены в верхнюю часть корпуса, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью точного определения суммарной точности жидкости, камера выполнена светонепроницаемой и соединена световодами с источником света, который установлен в дополнительной полости корпуса, изолированной от камеры, и полости детектирующего электрода, полупроница емая мембрана выполнена диализной и светонепроницаемой, а впускная и выпускная трубки снабжены приспособлением для их перекрытия.

2. Датчик по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что высота камеры выбрана от 1,0 до 3,0 мм.

3. Датчик по пп. 1 и 2, о т л и— ч а ю шийся тем, что внутренняя поверхность образована выходными торцами световодов.

4. Датчик по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что приспособление для перекрытия трубок выполнено в виде установленного с уплотнением в прилегающей к камере части корпуса с возможностью поворота в три фиксированных положения кольца, при этом в месте установки кольца трубки имеют вырез на его толщину, причем кольцо имеет прорези для световодов и три отверстия, которые расположены так, что в одном из крайних положений е кольца два отверстия соединяют неохни и нижние части обеих трубок, в другом крайнем положении верхняя и нижняя. части впускной трубки соединены треть им отверстием, а в промеж точном положении обе трубки перекрыты.

5. Датчик по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в корпусе уста- U новлен термодатчик.

6. Датчик по пп. 1 и 4, о т л и — .рффи ч а ю шийся тем, что, с целью Я) удобства эксплуатации, корпус выпопнен разъемным, а провода от детектирующего электрода и от термодатчика имеют разъемы в виде, например, нормально замкнутых контактов, установленных в герметичной полости, а верхняя часть корпуса выполнена удли. )р ненной или в виде присоединенной штанги.

7. Датчик по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что диализная светонепроницаемая мембрана выполнена, например, из черного капрона с ячейкой 1-3 мкм и толщиной 10-100 мкм.

855497

Изобретение относится к устройствам для исследования химических свойств веществ, точнее к анализу воды методом биологической индикации, и предназначено для контроля токсичности сточных вод.

Г

Известно фотоактивное электрохимическое устройство для оценки токсичности жидкостей по.интенсивности фотосинтеза и дыхания водорослей, содержащее электрохимический датчик . растворенного кислорода, герметично соединенный с камерой, имеющей светопроницаемое окно и отверстие для ввода суспензии водорослей и добавок, магнитную мешалку, термостатирующую рубашку, термометр, источник света Г11.

Устройство позволяет определять суммарную токсичность жидкостей, однако оно имеет лабораторное исполнение и не может быть использовано для оценки токсичности жидкости непосредственно в водоемах.

Известен также датчик для оценки токсичности, в нижней части корпуса которого расположена камера, ограниченная сверху воспринимающей поверхностью детектирующего электрода, а снизу — полупроницаемой мембраной и снабженная вйускной и выпускной трубками, концы которых выведены в верхнюю часть корпуса 5 23.

Хотя датчик, представляющий собой ферментный электрод, компактен и позволяет с большей точностью опре.делять отдельные биологически активные вещества, его нельзя использовать для оценки суммарной токсичности жидкости

Цель изобретения — точное определение суммарной токсичности жидкости.

Цель достигается тем, что в датчике для оценки токсичности жидкости, в нижней части корпуса которого расположена камера, ограниченная сверху воспринимающей поверхностью детектирующего электрода, а снизу — полупроницаемой мембраной и снабженная впускной и выпускной трубками, концы которых выведены в верхнюю часть корпуса, камера выполнена светонепроницаемой и соединена световодами с источником света, который установлен в дополнительной полости корпуса, изо. лированной от камеры и полости детектирующего электрода, полупроницаемая мембрана выполнена диализной и све- тонепроницаемой, а впускная и выпуск1 определяется с помощью фотосинтези4О рующих микроорганизмов, помещаемых в камеру. Выполнение камеры светопро.ницаемой обеспечивает возможность устанавливать начальную точку отсчета, так как в темноте фотосинтезирую45 щие клетки потребляют кислород. Следовательно, к началу измерений концентрация кислорода в камере равна нулю. При освещении камеры в клетках культуры начинается активный фотосин5О тез с выделением кислорода. По угнетенению фотосинтеза судят о суммарной токсичности жидкости. Диализная мембрана не дает клеткам выйти из камеры, в то же время токсичные соединения свободно проникают через нее из анализируемой воды. Снабжение впускной и выпускной трубок приспособлением для их перекрытия позволя-, ет дозировать культуру в камере, про.

1О l5

35 ная трубки снабжены приспособлением для их перекрытия.

При этом высота камеры выбрана от

1,0 до 3,0 мм, а внутренняя поверхность камеры образована выходными торцами световодов.

Приспособление для перекрытия трубок выполнено в виде установленного с уплотнением в прилегающей к камере части корпуса с возможностью поворота в три фиксированных положения кольца, при этом в месте установки кольца трубки. имеют вырез на его толщину. Причем кольцо имеет прорези для световодов и три отверстия, которые расположены так, что в одном из крайних положений кольца два отвер стия соединяют верхние и нижние части обеих трубок, в другом крайнем положении верхняя и нижняя части впускной трубки соединены третьим отверстием, а в промежуточном положении обе трубки перекрыты. В корпусе установлен теомодатчик.

Для удобства эксплуатации корпус выполнен разъемным, провода от детектирующего электрода и от термодатчика имеют разъемы в виде, например, нормально замкнутых контактов, .установленных в герметичной полости, а верхняя часть корпуса выполнена удлиненной или в виде присоединенной штан

ГИ.

Диализная светонепроницаемая мембрана выполнена, например, из черного капрона с ячейкой 1-, 3 мкм и толщиной

I.10-100 мкм.

Суммарная токсичность жидкости

855497 водить ее концентрирование, а также проводить промывку камеры. Высота камеры выбрана 1,0-3,0 мм, чтобы обеспечить быстродействие токсиканта на клетки культуры, а также равномер 5 ное повреждение клеток токсикантом, так как токсичные вещества легко диф фундируют и за короткое время, не более .2 мин, проходят расстояние

3,0 мм. Это, помимо исключения необ ходимости перемешивания культуры, увеличивает экспрессность измерения.

Влияние растворенного кислорода в жидкости на показание детектирующего электрода, который регистрирует активный фотосинтез, незначительно в случае, когда высота камеры 1 мм, так как измеряется растворенный кислород в камере через 3 мин после включения света, и за это время из 20 внешней среды кислород не успевает продиффундировать к регистрирующей поверхности детектирующего электрода. Такой интервал высоты камеры обеспечивает максимальную чувствительность и минимальную ошибку регист рации изменения активность фотосинтеза культуры клеток. То, что внутренняя боковая поверхность камеры образована выходными торцами световодов, 30 обеспечивает равномерное освещение культуры внутри полости камеры, а это повышает точность измерения фото. синтеза. Предлагаемое приспособление для перекрытия трубок обеспечивает простоту и оперативность перекрытия трубок и выбор необходимого режима работы датчика (доэирование, концентрирование и промывку камеры).

Термодатчик позволяет измерять темпе. 40 ратуру в непосредственной близости от детектирующего электрода и, следовательно, более точно определить

4 поправочный коэффициент при корректировке показаний электрода, что также 45 повышает точность измерения. Выполнение корпуса разъемным позволяет оперативно проводить разборку датчика, заменять изношенные элементы.

На фиг. 1 изображен датчик для 50 оценки токсичности жидкостей, общий вид, разрез по трубкам ввода и вывода культуры; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 — разрез В-В на фиг. 2;на фиг. 5 — датчик для оценки токсичности жидкостей, разрез по световодам; на фиг. 6 — разрез Г-Г на фиг. 5; на фиг: 7 — разрез Д-Д на фиг. 5; на фиг. 8 — разрез Е-Е на фиг. 5; на фиг. 9 — зависимость концентрации кислорода и величины диффузионного тока от температуры, на фиг. 10 — зависимость фотосинтеза хлореллы от температуры.

Датчик для оценки токсичности жидкости состоит из составного корпуса

1 (фиг. 1), в нижней части которого ра положена камера 2, ограниченная сверху воспринимающей поверхностью 3 детектирующего электрода 4, а снизу— полупроницаемой мембраной 5, которая выполнена диализной и светонепроницаемой. Камера 2, снабженная впускной

6 и выпускной 7 трубками, концы которых выведены в верхнюю часть корпуса

1, выполнена светонепроницаемой и соединена с источником света 8 световодами 9 (фиг. 5). Причем внутренняя поверхность камеры 2 образована.выход ными торцами световода 9. Источник света 8 установлен в дополнительной полости 10 (фиг. 5) корпуса 1, изолированной от камеры 2 и полости 11 детектирующего электрода 4. Кльцо 12 для перекрытия трубок 6 и 7 с уплотнением 13 в прилегающей к камере 2 части корпуса 1 (фиг. 1) выполнено с, возможностью поворота в три фиксированных положения. При этом в месте установки кольца на его толщину трубки 6 и 7 имеют вырез. Причем кольцо имеет прореви 14 для световодов 9 и . три отверстия 15, 16 и 17 (фиг. 7), которые расположены по окружности так, что в одном из крайних положений кольца 12 два отверстия 15 и 17 соединяют верхние и нижние части 6 и

7, в другом крайнем положении. кольца

12 соединены верхняя и нижняя части впускной трубки 6 третьим отверстием

16, а в промежуточном положении обе трубки 6 и 7 перекрыты. В корпусе 1 .установлен термодатчик 18 (фиг. 6),,имеющий защитный колпачок 19. Провода 20 (фиг. 5),: термодатчика 18 соединяются с разъемом 21 (фиг. 2). Анод

22 и катод 23 (фиг. 1) с токоподводом 24 детектирующего электрода 4 соединены с разъемами 25 и 26 (фиг.2), выполненными в виде пружинных контактов, которые установлены в дополнительной полости 10 на пробке 27 (фиг. 1), которая изолирует полость

10 от полости 11 детектирующего элект855497 рода 4, заполненной электролитом (КС1 0,1 н. раствор).

Корпус 1 выполнен разъемным и состоит из штанги 28, соединенной с помощью верхней гайки 29 с втулкой 30 и верхней частью 3 1 корпуса „1. Верхняя часть 31 соединена с нижней частью 32, которая связана с приемником 33 с помощью нижней гайки 34.

Между нижней частью 32 корпуса 1 и приемником 33 в области трубок 6 и

7 установлены прокладки 35, а между верхней частью 31 корпуса 1 и втулкой

30 в области трубок 6 и 7 установлены прокладки 36. Во втулке 30 трубки

6 и 7 уплотняются уплотнителем 37.

Разъем 21 термодатчика 18 имеет гнездо 38 и вилку 39 (фиг. 3), которые в собранном виде датчика нормально замкнутые, а разъем 25 диода 22 и разъем 26 катода 23 имеют лепесток

40 и пружинный контакт 41 (фиг. 4), которые в собранном виде датчика нормально замкнутые. В корпусе 1 предусмотрена фиксация штанги 28 к втулке 30 (фиг. 1) с помощью винтов

42 (фиг. 5). Вилка 39 разъемов 21 и пружинный контакт 41 разъемов 25 и

26 подключены к измерительному блоку (не показан), источник света 8 подключен к источнику питания (не показан). Впускная 6 и выпускная 7 трубки соединены с емкостью культуры и емкостью отобранной культуры, а так.— же с емкость@ промывочной жидкости, причем на трубке 6 установлен перистальтический насос (не показан).

Токсичность предлагаемым датчиком оценивается следующим образом.

После калибровки, которая осуществляется перед каждой серией измерений, в камеру 2 прокачивают культуру .фотосинтезирующих организмов, напри мер одноклеточных зеленых водорослей.

При этом кольцо 12 для перекрытия трубок 6 и 7 установлено в режиме

"Прокачка". Затем кольцо 12 поворачивают в положение "Уплотнение". В этом режиме перекрыта выпускная трубка 7. Датчик необходимо держать в вертикальном положении: штанга 28— сверху, а камера 2 — снизу. Питательная сре,",а выходит через диализную мембрану 5, а клетки культуры остаются в камере 2, таким образом происходит уплотнение, т.е. увеличение концентрации культуры до определенной величины. Так как кольцо 12 установдетектирующий электрод 4 имеет температурную зависимость (см.фиг. 9, 55 кривая А), то необходимо этот факт учитывать при оценке токсичности. о

Для этой цели в датчик введен термодатчик 18, выполненный на базе бес5 чо

50 лено вблизи камеры 2, то в процессе уплотнения впускная трубка 6 не забивается, а это обеспечивает надежную работу датчика.. После уплотнения коль ,цо 12 поворачивают в положение "РабоII та, в котором перекрыты обе трубки

6 и 7. Насос прокачки выключается.

Таким образом, в камере 2 находится культура, доведенная до определенной высокой концентрации.

Датчик опускается в исследуемую жидкость и вьчдерживается в ней 20 мин.

За . это время токсические вещества проникают через диализную мембрану 5 и воздействуют на клетки водорослей.

Так как диализная мембрана 5 выполнена светонепроницаемой, то в камере

2, также светонепроницаемой, клетки водорослей поглощают кислород (процесс дыхания). 3а 20 мин показание детектирующего электрода 4 равно нулю (концентрация растворенного кислорода в камере 2 вблизи электрода 4 равна нулю), обеспечивая таким образом надежную точку отсчета в процессе измерения.

Затем включают источник света 8.

Свет проходит по световодам 9, попадает в камеру 2, освещая равномерно тонкий слой культуры. Равномерное освещение обеспечивается sa счет того, что ; боковые поверхности камеры 2 образованы торцами световодов 9. В этот момент начинается процесс фотосинтеза, т.е. клетки водорослей продуцируют и выделяют кислород. В камере 2 повышается концентрация растворенного кислорода, что и регистрирует детектирующий электрод 4. В зависимости от поражения токсичности комплексом химических веществ клетки .водорослей по-разному фотосинтезируются, поэтому по скорости изменения концентрации кислорода в камере 2 можно оценивать токсичность исследуемой жидкости, Считывание показаний с прибора необходимо проводить через

3-5 мин после включения источника света 8. Действия токсиката на водоросли за 20 мин достаточно для надеж, ной оценки. Так как исследуемая среда может иметь различную температуру, а

Показатель

Дехлорированная водопроводная вода

Сточная вода

После очистки

До очистки

Скорость изменения кислоро, да, (мг/л с ) 0,22

5,21

3,98

Токсичность усле еде

О, 764

0,042

7 8554 корпусного полупроводникового прибора (транзистор 2Т, 317 Б), который включен в обратную связь усилителя сигнала. Для дальнейшего повышения точности оценки токсичности необходимо при анализе результатов вводить поправочный коэффициент, что связано с зависимостью активности фотосинтеза водорослей от температуры (см. фиг. 10). Корректировка показаний 10 проводится по графику (фиг. 10}, либо по таблице, рассчитанной из этого графика. После проведения оценки источник света 8 включается, датчик вынимается из исследуемой жидкости, 1S кольцо 12 устанавливается в положение режима "Прокачка", трубка 6 переключается на емкость с промывочной жидкостью (дистиллированная вода, спирт). Включается насос прокачки, в 20 течение 3 мин промывают датчик, после чего датчик готов к следующему циклу работы.

Пример оценки токсичности вод до и после биологической очистки. 25

Включается усилитель датчика, при этом подается поляризационное напряжение 0,61 В на. детектирующий электрод и включается термодатчик. Производится калибровка датчика посредст: вом погружения его в калибровочные растворы с известным содержанием растворенного кислорода. Первую калиб ровочную точку, нулевое содержание

Токсичность оценивается как отношение результатов измерения контролируемой жидкости к водопроводной воде. растворенного кислорода, получают добавлением в раствор 3 г/л сульфита натрия, а вторую калибровочную точку — методом йасыщения раствора воздуха и изменением температуры (таблнч ные величины, Т = 25 С, СО, 3,87 мг/л). Затем включается насос прокачки культуры хлореллы, при этом кольцо устанавливается в положение режима "Прокачка". Через 15 с кольцо устанавливается в положение режима

"уплотнение", по истечении 20 с на;сос выключается и кольцо устанавли« мается в положение режима "Работа".

В процессе этих операций датчик выдер живается в вертикальном положении и не погружен в жидкую среду. После это

;го îí погружается в контролируемую жидкость и находится в таком состоянии 20 мии, в течение которых показа-ния прибора достигают нулевого значения. Далее включается источник света.

Через 4 мин регистрируется скорость изменения растворенного кислорода в камере, что соответствует активности фотосинтеза в данный момент времени.

Из калибровочного графика (фиг. 10) берется контролирующий коэффициент, соответствующий текущей температуре (при Т = 24 С, К = 0,51), считаем, что при Т =,15, К = 1). !

В таблице приведены результаты измерения при Т = 24,2 С

Предлагаемый датчик прост в изготовлении и не требует высококвалифицированного обслуживающего персонала.

855497

СО,,игал

Сос тавитель

Редактор Л.утехина Техред Т.Фанта Корректор Л.шеи о

Заказ 3922/4 Тирак 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4