专利名称：在溶液体系中不除氧条件下的人工媒介体测定生物化学需氧量的方法
技术领域：
本发明属于在溶液体系中不除氧条件下的人工媒介体测定生物化学需氧量的方法。
背景技术：
生物化学需氧量(biochemical oxygen demand, BOD)作为水环境监测的重要指 标，长期以来一直以传统的5日法为标准，但其操作繁琐、耗时，还需要熟练的技术，且不能 及时反映水质变化(参见:Liu et al. ， Biosens. Bioelectron. ， Vol. 20， 562 (2004))。近 年来，BOD的快速测量方法被大力发展起来，这些方法都是基于微生物同化有机物反应的同 时将电子传递给氧气的原理。但是，由于氧气在水中的溶解度有限，对于高浓度的有机物样 品需要经过稀释才能测量，从而大大降低了结果的准确性。另一方面，由于氧气受温度、气 压影响而变化很大，这会引起测量结果的波动，基于检测氧消耗的传感器大多需要附加一 个氧气(空气)平衡装置(参见Lei et al. ， Anal. Chim. Acta, Vol. 568， 200 (2006) ;Du et al. ， Biotechnol. Adv. ， Vol. 25， 464 (2007))。 近年，一种利用人工媒介体的快速BOD测量方法被发展起来。由于人工媒介体和 氧气在生物催化反应的过程中存在竞争，因此，人工媒介体快速BOD测量方法一直在去除 溶解氧的条件下进行(参见Catterall et al. ， Talanta， Vol. 55， 1187 (2001) ;Nakamura et al. ， Talanta, Vol. 72， 210 (2007))。这里产生了一个新的问题，将一个附带的除氧装置 用于实际的废水测量(如污水处理厂，江河湖泊等)是十分不方便的。这使人工媒介体快 速BOD测量方法的应用基本上被限制在实验室阶段。
发明内容
为了解决已有技术存在的问题，本发明提供了在溶液体系中不除氧条件下的人工 媒介体测定生物化学需氧量的方法。 在溶液体系中不除氧条件下的人工媒介体测定生物化学需氧量的方法，其步骤和 条件如下 将菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合，在温度为30 35t:范围内保持恒 温，以维持微生物的催化活性，保持恒温时间为30min 4h，离心终止反应，并取上清液进 行电化学测量；测量用电极材料为铂； 所述的菌悬液为微生物经培养后，再经离心清洗后悬浮于缓冲溶液中得到的悬 液；所述的微生物为所有的单一微生物或混合微生物；缓冲溶液是由pH值为7的N^HP(^和 KH2P04溶液组成的磷酸盐缓冲溶液； 所述的人工媒介体为人工媒介体化合物铁氰化钾，人工媒介体溶于缓冲溶液得到 人工媒介体溶液；缓冲溶液是由pH值为7的Na2HP04和KH2P04溶液组成的磷酸盐缓冲溶液；
所述的菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合液中，菌悬液终浓度为2X 109 1 X 1010个/ml，人工媒介体终浓度为11 55mM，待测水样浓度为0. 5 400mg/L B0D5值， 最适宜检测的待测水样浓度为5 lOOmg/L BOD5值；所述的终浓度定义为菌悬液、人工媒 介体溶液和待测水样混合液中微生物、人工媒介体化合物、待测水样各自相对于总体积的 浓度。 有益效果在溶液体系中不除氧条件下的人工媒介体测定生物化学需氧量的方 法，在操作过程中不需要任何附加除氧或者氧气平衡装置，实用性强并大大降低了成本。本 方法中用到的人工媒介体化合物的浓度适应性强，比传统5日法的检测对象02在水中的溶 解度高出1 2个数量级。用本方法测量生物化学需氧量的结果与标准5日法测量的结果 误差在±15%以内，测量结果满意。
具体实施例方式
实施例1 将菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合，温度为35t:保持恒温，保温时间为 lh，保温后离心终止反应，离心速度为8000转/分钟，并取上清液进行电化学测量，测量用 电极材料为铂。 所述的菌悬液为微生物经培养后，再经离心清洗后悬浮于缓冲溶液中得到的溶 液；所述的微生物为Escherichia coli DH5 a ，培养用LB培养基，配方为胰化蛋白胨10g， 酵母提取物5g，氯化钠10g，培养12小时；缓冲溶液是由pH值为7的Na2HP04和KH2P04溶 液组成的磷酸盐缓冲溶液。 所述的人工媒介体为人工媒介体化合物铁氰化钾，人工媒介体溶于缓冲溶液得到 人工媒介体溶液，缓冲溶液是由pH值为7的Na2HP04和KH2P04溶液组成的磷酸盐缓冲溶液。
所述的待测水样为葡萄糖溶液。 所述的菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合液中，菌悬液终浓度为1 X 101Q个 /ml，人工媒介体终浓度为55mM，待测水样的终浓度为B0D5值是5mg/L、 15mg/L、50mg/L和 100mg/L，所述的终浓度定义为菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合液中微生物、人工 媒介体化合物、待测水样各自相对于总体积的浓度。 测量结果线性方程为y = 1. 17+0. 079x，相对标准偏差R = 0. 9995，其中y为电 化学测量值，x为生物化学需氧量理论值。
实施例2 将菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合，温度为3(TC保持恒温，保温时间为 50min，保温后离心终止反应，离心速度为8000转/分钟，并取上清液进行电化学测量，测量 用电极材料为铂。 所述的菌悬液为微生物经培养后，再经离心清洗后悬浮于缓冲溶液中得到的 溶液。所述的微生物为吉林省长春市第二污水处理厂生化池微生物，培养用CASO肉汤 培养基，培养12小时；所述的CASO肉汤培养基订购于Fluka公司，编号为Chemie GmbH CH-9471Buchs ;缓冲溶液为由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液组成的磷酸盐缓冲溶液。
所述的人工媒介体为人工媒介体化合物铁氰化钾，人工媒介体溶于缓冲溶液得到 人工媒介体溶液，缓冲溶液是由pH值为7的Na2HP04和KH2P04溶液组成的磷酸盐缓冲溶液。
所述的待测水样为葡萄糖_谷氨酸标准溶液。 所述的菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合液中，菌悬液终浓度为5X1Q9个/ml，人工媒介体终浓度为55mM，待测水样的终浓度B0D5值是15mg/L、50mg/L、200mg/L，所述 的终浓度定义为菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合液中微生物、人工媒介体化合物、 待测水样各自相对于总体积的浓度。测量结果线性方程为y = 13. 21+0. 180x，相对标准偏差R = 0. 9709，其中y为电 化学测量值，x为生物化学需氧量理论值。
实施例3 将菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合，温度为3(TC保持恒温，保温时间为 50min，保温后离心终止反应，离心速度为8000转/分钟，并取上清液进行电化学测量，测量 用电极材料为铂。 所述的菌悬液为微生物经培养后，再经离心清洗后悬浮于缓冲溶液中得到的溶 液。所述的微生物为BOD seed混合菌，培养用CASO肉汤培养基，培养12小时，所述的CASO 肉汤培养基订购于Fluka公司，编号为Chemie GmbH CH-9471Buchs ;缓冲溶液为由pH值7 的Na2HP04和KH2P04溶液组成的磷酸盐缓冲溶液。 所述的人工媒介体为人工媒介体化合物铁氰化钾，人工媒介体溶于缓冲溶液得到 人工媒介体溶液，缓冲溶液为由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液组成的磷酸盐缓冲溶液。
所述的待测水样为葡萄糖_谷氨酸标准溶液。 所述的菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合液中，菌悬液终浓度为5X109，人 工媒介体终浓度为55mM，待测水样的终浓度为BODs值是15mg/L、50mg/L、200mg/L，所述的 终浓度定义为菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合液中微生物、人工媒介体化合物、待 测水样各自相对于总体积的浓度。 测量结果线性方程为y = 5. 73+0. 546x，相对标准偏差R = 0. 9715，其中y为电 化学测量值，x为生物化学需氧量理论值。
实施例4 将菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合，温度为35t:保持恒温，保温时间为 4h，保温后离心终止反应，离心速度为8000转，并取上清液进行电化学测量，测量用电极材 料为铂。 所述的菌悬液为微生物经培养后，再经离心清洗后悬浮于缓冲溶液中得到的溶 液。所述的微生物为Escherichia coli DH5 a ，培养用LB培养基，配方为胰化蛋白胨10g， 酵母提取物5g，氯化钠10g，培养12小时，缓冲溶液为由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液组 成的磷酸盐缓冲溶液。 所述的人工媒介体为人工媒介体化合物铁氰化钾，人工媒介体溶于缓冲溶液得到 人工媒介体溶液，缓冲溶液为由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液组成的磷酸盐缓冲溶液。
所述的待测水样为葡萄糖_谷氨酸标准溶液。 所述的菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合液中，菌悬液终浓度为1 X 101Q个 /ml，人工媒介体终浓度为55mM，待测水样的终浓度为BOD5值是50mg/L， 100mg/L， 200mg/L， 300mg/L， 400mg/L，所述的终浓度定义为菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合液中微生 物、人工媒介体化合物、待测水样各自相对于总体积的浓度。 测量结果线性方程为y = 7. 45+0. 040x，相对标准偏差R = 0. 9903，其中y为电
化学测量值，x为生物化学需氧量理论值。
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实施例5 将菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合，温度为35t:保持恒温，保温时间为
lh，保温后离心终止反应，离心速度为8000转/分钟，并取上清液进行电化学测量，测量用 电极材料为铂。 所述的菌悬液为微生物经培养后，再经离心清洗后悬浮于缓冲溶液中得到的溶 液。所述的微生物为Escherichia coli DH5 a ，培养用LB培养基，配方为胰化蛋白胨10g， 酵母提取物5g，氯化钠10g，培养12小时，缓冲溶液为由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液组 成的磷酸盐缓冲溶液。 所述的人工媒介体为人工媒介体化合物铁氰化钾，人工媒介体溶于缓冲溶液得到 人工媒介体溶液，缓冲溶液为由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液组成的磷酸盐缓冲溶液。
所述的待测水样为葡萄糖_谷氨酸标准溶液。 所述的菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合液中，菌悬液终浓度为5X 109个 /ml，人工媒介体终浓度为27. 5mM，待测水样的终浓度为BOD5值是2. 5mg/L、5mg/L、 10mg/L、 20mg/L，所述的终浓度定义为菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合液中微生物、人工媒 介体化合物、待测水样各自相对于总体积的浓度。 测量结果线性方程为y = 0. 74+0. 027x，相对标准偏差R = 0. 9772，其中y为电 化学测量值，x为生物化学需氧量理论值。
实施例6 将菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合，温度为35t:保持恒温，保温时间为 lh，保温后离心终止反应，离心速度为8000转，并取上清液进行电化学测量，测量用电极材 料为铂。 所述的菌悬液为微生物经培养后，再经离心清洗后悬浮于缓冲溶液中得到的溶 液。所述的微生物为Escherichia coli DH5 a ，培养用LB培养基，配方为胰化蛋白胨10g， 酵母提取物5g，氯化钠10g，培养12小时，缓冲溶液为由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液组 成的磷酸盐缓冲溶液。 所述的人工媒介体为人工媒介体化合物铁氰化钾，人工媒介体溶于缓冲溶液得到 人工媒介体溶液，缓冲溶液为由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液组成的磷酸盐缓冲溶液。
所述的待测水样为葡萄糖_谷氨酸标准溶液。 所述的菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合液中，菌悬液终浓度为2Xl(f个/
ml，人工媒介体终浓度为llmM，待测水样的终浓度为BOD5值是0. 5mg/L， 1. 5mg/L， 2. 5mg/L、
5mg/L、10mg/L、20mg/L、40mg/L，所述的终浓度定义为菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样
混合液中微生物、人工媒介体化合物、待测水样各自相对于总体积的浓度。 测量结果线性方程为y = 0. 03+0. 608x，相对标准偏差R = 0. 9650，其中y为电
化学测量值，x为生物化学需氧量理论值。 实施例7 将菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合，温度为3(TC保持恒温，保温时间为 lh，保温后离心终止反应，离心速度为8000转/分钟，并取上清液进行电化学测量，测量用 电极材料为铂。 所述的菌悬液为微生物经培养后，再经离心清洗后悬浮于缓冲溶液中得到的溶液。所述的微生物为Escherichia coli DH5 a ，培养用LB培养基，配方为胰化蛋白胨10g， 酵母提取物5g，氯化钠10g，培养12小时，缓冲溶液为由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液组 成的磷酸盐缓冲溶液。 所述的人工媒介体为人工媒介体化合物铁氰化钾，人工媒介体溶于缓冲溶液得到 人工媒介体溶液，缓冲溶液为由pH值7的Na2HP04和KH2P04溶液组成的磷酸盐缓冲溶液。
所述的待测水样为吉林省长春市第二污水处理厂初沉池污水和二沉池污水。
所述的菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合液中，菌悬液终浓度为1 X 101Q个 /ml，人工媒介体终浓度为55mM，所述的待测水样为未知浓度的废水无需进过稀释，所述的 终浓度定义为菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合液中微生物、人工媒介体化合物、待 测水样各自相对于总体积的浓度。 测量结果初沉池样品本方法测量值为25. 6mg/L B0D5值，标准5日法测量结果为 25mg/L。 二沉池样品本方法测量值为7. 2mg/LB0D5值，标准5日法测量结果为4. 2mg/L。
权利要求
在溶液体系中不除氧条件下的人工媒介体测定生物化学需氧量的方法，其步骤和条件如下将菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合，在温度为30～35℃范围内保持恒温，保持恒温时间为30min～4h，离心终止反应，并取上清液进行电化学测量；测量用电极材料为铂；所述的菌悬液为微生物经培养后，再经离心清洗后悬浮于缓冲溶液中得到的悬液；所述的微生物为所有的单一微生物或混合微生物；缓冲溶液是由pH值为7的Na2HPO4和KH2PO4溶液组成的磷酸盐缓冲溶液；所述的人工媒介体为人工媒介体化合物铁氰化钾，人工媒介体溶于缓冲溶液得到人工媒介体溶液；缓冲溶液是由pH值为7的Na2HPO4和KH2PO4溶液组成的磷酸盐缓冲溶液；所述的菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合液中，菌悬液终浓度为2×109～1×1010个/ml，人工媒介体终浓度为11～55mM，待测水样终浓度为0.5～400mg/L BOD5值；所述的终浓度定义为菌悬液、人工媒介体溶液和待测水样混合液中微生物、人工媒介体化合物、待测水样各自相对于总体积的浓度。
2. 如权利要求所述的在溶液体系中不除氧条件下的人工媒介体测定生物化学需氧量的方法，其特征在于，所述的电待测水样终浓度为5 100mg/L的BOD5值。
全文摘要
本发明公开了在溶液体系中不除氧条件下的人工媒介体测定生物化学需氧量的方法。在测量过程中采用所有的单一微生物或混合微生物均可。人工媒介体采用铁氰化钾。检测方式为电化学测量，测量采用电极材料为铂。可检测的水样的浓度为0.5～400mg/L BOD5值，最适宜的检测浓度为5～100mg/L BOD5值。本法在测量过程中不需要附加除氧装置和平衡氧气装置。
文档编号G01N27/26GK101718736SQ20091021782
公开日2010年6月2日 申请日期2009年11月6日 优先权日2009年11月6日
发明者刘玲, 董绍俊 申请人:中国科学院长春应用化学研究所
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