水质毒性快速测定仪的研制_王立世

198年第4期分析仪器水质毒性快速测定仪的研制王立世莫金垣(中山大学化学系,广州,51m75冯建兴(南开大学环境科学系,天津,3仪幻71)摘要描述了一种新的用于监测水质毒性的仪器方法。该方法基于细菌体内脱氢酶的活性,活性大小由亚甲基蓝指示,水质相对毒性由脱氢酶的抑制率决定。用本法测定了若干种物质的毒性,并与沁cortox方法和鱼类方法作了比较。结果显示,本方法与茹cortox方法和鱼类方法具有可比性,但比后两种方法相对简便快速,花费低。关键词水质毒性细菌脱氢酶环境保护随着工业生产的发展,各种污水排放量越来越大,污水成分越来越复杂,其中不少对人和其它生物是有毒的。传统的高等动物毒性试验方法犷’一3;,耗时长、花费大、重现性差,难以满足当前环境保护的需要。因此,急待建立一种简便、快速、灵敏、价廉的生物监测系统目前用于水质综合毒性测定的商用仪器Mi.cortox,是美国AuzrEnvior~n以公司研制成功的该仪器采用海洋发光菌作为测定菌种一样品需要调整到含盐量2%,在巧℃下测定二检测器的温度控制需要复杂的冷冻和加热装置,使仪器的成本大大增加。D.hu〔4}曾描述过一种微生物脱氢酶活性法,可以用于测定环境水样的毒性。他采用刃天青作为氧化还原染料,指示脱氢酶的活性,但操作程序复杂、耗时长、实验条件苛刻,而且效果不佳。我们对该方法进行了较大的改进,使用亚甲基蓝作为指示剂,并使测量方法仪器化。与其它方法比较,本法具有设备简单、操作方便、重现性好、花费低等优点。色)接收氢,转化成还原型亚甲基蓝(无色)。仃N负+基质(C3H)ZN`~一s一~一N(cHshe-(蓝色)~N、z产、(姚抢N/~、s`~一N(a飞h(无色)一、方法原理在微生物新陈代谢过程中,脱氢酶将有机质中的氢脱下,使有机质氧化,并将氢转移给氧化型化合物。在无氧条件下,亚甲基蓝(蓝因此,在无氧反应系统中,亚甲基蓝的退色速度可表征酶的活性大小。脱氢酶受毒物作用,活性降低,降低的程度与毒物毒性成正相关关系。所以可以用毒物对脱氢酶活性的影响确是其毒性大小。亚甲基蓝的退色速度通过比色法测定。光源采用橙色发光二极管,最大发光光谱带为610一655ln,亚甲基蓝的吸收光谱带为620-自义)nI,两者正好匹配,并有较高的灵敏度。采用占空比为1:10的脉冲发生器点燃发光二极管,可在平均电流不超过发光二极管额定耗散功率的情况下,大大提高脉冲发光强度,改善信噪比。光束通过样品池后,由光敏三极管检测其强度,经交流放大和相敏解调,转换为直流信号,再经过直流放大,成为可测量的信2分析仪器198年第4期号。由于光电检测器测量的是脉冲信号,操作可以在不避光的条件下进行。我们采用单片机系统检测信号的变化,判断并记录亚甲基蓝最大退色速率附近一定范围内信号变化所需要的时间,用于计算样品的相对毒性和半有效浓度(E谕值相对毒性4采用以下公式计算:1.键盘电路键盘采用8031的串行口和两位并行在片FO’,扩展16只按键,其中10只为数字键,6只为控制键。键盘电路如图1所示。f大\飞=(爪兰一l!XI(X)%(l)\1二j,S丛式中界—样品溶液响应值几—空白溶液响应值(以蒸馏水为空白)根据毒性物质在不同浓度时的注值,用经验公式(2)将浓度一毒性响应曲线转化成直线,进行线性回归,用回归方程计算毒物的半有效浓度Ecso值。我们定义兀=2几即A=10时毒性物质的浓度为毒物的半有效浓度E:(5o值、自00B01O2O〕04_,CLKg三Q6_有降07:了:、”l气:;{气:`{屯:;{飞:;{{{,;{气::{l-甲飞’了’了’了’了’!}’了’{图1键盘电路BCCO一C式中C为毒物浓度。对某一样品,C。和。为常数·于是去和奇呈线性关系`在我们的方法中,用退色时间的倒数作为检测有效浓度的指标(导致某种特殊反应的毒物浓度口),即以l/只趋于。时的毒物浓度为有效浓度EC,无毒物出现时检测指标值为!/界。,E`50表示卜`界=.50%xl/几时毒物的浓度,此时兀=27’u二2.检测器及检测电路检测池包括光电检测器、比色槽、恒温槽和磁力搅拌器,其结构如图2所示俭测器内池是恒温水浴环境,内有比色槽、电热丝和热敏电阻等。检测器外池有磁力搅拌器以及电源和信号引线等电热丝和热敏电阻与主机内的恒温控制电路相连,磁力搅拌器由一小型电机带动:由一片·55产生的可调频率控制脉冲发生器,驱动小型电机,ùl一lB一CX价一B一一.ǔ注或二、仪器结构仪器主要由主机、光电俭测器和预恒温器三部分组成光电检测器和预恒温器都被恒温至37土l℃:光电检测器包括光路系统和比色槽,比色槽下有一个磁力搅拌器。主机内包括恒温控制电路、信号放大电路和微机系统。微机系统以MCS一51单片机为核心,扩展了一片程序存储器27翻、一片数据存储器62麟,再加20xZ字符型I无D显示器(EA