本发明属微生物传感器领域,是一种快速测定生物需氧量的微生物传感器。 生物需氧量(Bioc hemical Oxygen Demand,简称BOD)是由好气性微生物繁殖时的呼吸作用,对水中的有机物进行同化时所消耗的氧的量。通常把在20℃经5天时间消耗氧的量以PPM单位来表示的数值称为BOD值。水中BOD值愈高,表示水质受污染愈严重。因此,BOD值是环境监测中对水质评价的一个必需测定的重要指标。
经典的方法测定BOD值需时5天,对排放污水的污染程度不能在短时间内作出正确的评价,因此也就无法及时控制排放。为此,国际国内均在研制能够快速测定BOD值的方法和仪器。1982年日本铃木周一研制成铂一铅原电池式BOD微生物传感器(UP4350763(1982年)),其工作电极(阳极)为直径1cm的铂园盘电极,对极(阴极)为园筒形铅电极,电池内充0.1N氢氧化钠。测定BOD值只需10~15分钟。由于电极面积较大,电流比较稳定。其不足之处在于铂电极表面容易钝化。因而重现性较差;铅电极容易腐蚀,使用寿命不长,常需更换。我国张裕生等根据1977年日本轻部征夫提出的伏安式二电极体系微生物传感器,设计了以现成的测氧仪为基础仪器,配上固定化微生物的生物感应膜,制成BOD测定仪(《环境科学》,1989年第10卷第6期,P53)。该设计的不足之处在于直径为0.5mm左右的铂电极与大面积的微生物膜(直径为15mm)尺寸相差很大,因而电极的代表性不够,不能反映整个微生物膜上耗氧程度。
本发明的目地在于提供一种电极电流稳定性好,电极表面不易腐蚀、纯化,因而使用寿命长的快速测定生物需氧量的微生物传感器。
本发明提出的BOD微生物传感器与现有的BOD传感器均不相同,是一种以大面积金电极为工作电极的三电极体系伏安式BOD微生物传感器。其中工作电极(阴极)采用园盘金电极,直径为12~16mm,厚度为0.3~0.5mm,对极(阳极)采用园盘形钛电极,由长、宽在20~40mm内的钛片卷曲而成。参比电极可用通常的银/氯化银电极,银丝直径为0.3~0.7mm,参比电极还可用甘汞电极。电极内充0.05~0.2N氯化钾。金电极外覆盖一聚四氟乙烯膜,再复盖一固定化微生物膜,所用菌种可为地衣芽孢菌,固定化的方法是将菌体用海藻酸钠加入氯化钙使之固定成膜。
附图为本发明的结构图,其中1为工作电极,是园盘金电极,2为对极,是园筒形钛电极,3为参比电极,是银/氯化银电极,4为覆盖在金电极外的聚四氟乙烯膜,5为固定化微生物膜,6为醋酸纤维膜,7为有机玻璃工作电极座,8为充在电极内的电解液,一般用氯化钾溶液,9为工作电极1引出线的套管,采用尼龙材料,10为有机玻璃电极体,11为有机玻璃螺丝套,11与10两部分螺纹结合,12为工作电极引出线,13为参考电极玻璃管,14为对极引出线,15为参考电极中的素烧瓷,16为电极的有机玻璃外套。
本发明工作电极面积大,微生物层的作用均匀代表性的。但伏安式的氧电极面积大,电流也大,容易引起电位降而使电位不稳定,因此,本发明采用三电极体系,可以获得稳定的电极电位,从而得到稳定的氧的还原电流,因而,数据可靠。由于工作电极是金电极,与铂电极相比,表面不易钝化。由于对极采用大面积钛电极,经久使用不会腐蚀,使电极寿命大为延长。参比电极因为不流过电流,只要很细的银丝制成氯化银电极即可。
为了节约黄金,降低成本,本发明的工作电极可以黄铜作基础,外包一层金(厚度一般为0.1-0.2mm)即成。
本发明提出的三电极伏安式微生物传感器,可以快速测定水中BOD值,测定一次只需10~15分钟。可广泛应用了环境监测对水质的评价。
实施例:根据附图,本发明各部件的尺寸取如下数值,工作电极1采用金电极,直径为14mm,厚度为0.5mm,对极2采用30×30mm的钛片,卷成筒状成钛电极,参比电极3采用φ3mm的玻璃管,0.5mm银丝,金电极座7采用有机玻璃,直径为18mm,电解液8采用0.1N的氯化钾(Kcl),有机玻璃电极体10直径为30mm,高度为90mm,内径为20mm,内侧螺纹高度为14mm,有机玻璃螺纹套11直径为20mm,电极外套16采用有机玻璃,直径为30mm。制作工艺,包括微生物膜的制备工艺与通常的BOD电极制作相同。
附图为BOD微生物传感器结构图。