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一种发光细菌快速水质毒性检测仪的设计与研究

作　者: 李书钺
导　师: 叶姜瑜
学　校: 重庆大学
专　业: 环境工程
关键词: 水质毒性群体感应系统发光细菌冻干粉检测仪
分类号: X832
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着工业化进程的不断发展,各种有毒、有害的污染物质的种类和数量剧增,对城市污水处理厂的正常运行造成了严重影响。因此,必须对进入城市污水处理厂的污水进行检测,根据检测结果做出相应的措施,以达到早期预警,保证其正常运行的目的。本研究拟设计一种发光细菌快速水质毒性检测仪。分离获取了一株发光细菌,经鉴定为费氏弧菌。研究发现,此发光细菌分别在生长22h和24h后达到最大的发光强度和生长稳定期。根据群体感应系统(Quorum Sensing System,简称QS)原理,对发光细菌信号分子进行了研究。研究发现,信号分子的加入,大大改善了发光细菌的发光特性,可以使发光细菌菌液的发光时间提前6h,并且可以使发光细菌冻干粉复苏时间缩短为5min,比传统方法提前10min左右,同时,复苏后的发光强度和稳定性也有所增强。以发光细菌作为测试生物,将发光细菌毒性检测技术与现代光电检测技术有机结合起来,利用发光细菌的细胞发光特性,设计了一种快速、灵敏、简便的水质毒性检测仪,测定水环境污染物综合毒性水平。设计选择R105侧窗型光电倍增管作为光电探测器,实现光信号转化为电信号。光电检测电路的设计实现了电流信号(纳安或微安)转换为电压信号,并放大到0～5V。实现了截止频率为30KHz的低通滤波。处理器选择微控制器LPC2103,实现A/D转换和数据分析。为了检测研究中设计的水质毒性检测仪的性能,分别进行了一元重金属和二元重金属毒性测试实验。着重讨论了水质毒性检测仪的适用条件、一元重金属毒性大小,二元重金属联合毒性效应、主因子效应分析、二因子交互作用分析。分析结果与现有毒性检测方法进行对比,所得结论一致。因此,研究中设计的水质毒性检测仪有较好的检测性能,并为设计发光细菌快速水质毒性在线预警系统奠定了良好的基础。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 引言  8-16
  1.1 毒性检测技术概述  8-12
    1.1.1 生物毒性检测法  9-11
    1.1.2 生物毒性检测法的发展趋势  11-12
  1.2 课题来源、背景、意义及研究内容  12-16
    1.2.1 课题来源  12
    1.2.2 课题背景及意义  12-13
    1.2.3 课题研究主要内容  13-16
2 信号分子对发光细菌发光特性影响的研究  16-24
  2.1 发光细菌的生理特性研究  16-18
    2.1.1 发光细菌及其发光机理  16-17
    2.1.2 发光细菌毒性检测方法  17
    2.1.3 发光细菌的群体感应系统  17-18
  2.2 信号分子对发光细菌生长和发光的影响  18-23
    2.2.1 菌种及其生长条件  18-20
    2.2.2 信号分子对发光细菌影响的研究  20-21
    2.2.3 发光细菌冻干粉制作及保存  21-22
    2.2.4 信号分子对发光细菌冻干粉复苏的影响  22-23
  2.3 本章小结  23-24
3 检测系统硬件部分设计与研究  24-40
  3.1 设计思想与路线  24-25
  3.2 光探测器研究  25-27
    3.2.1 光探测器的选择  25-26
    3.2.2 R105 型光电倍增管  26-27
  3.3 光检测电路研究  27-32
    3.3.1 电流电压转换电路设计  27-28
    3.3.2 同向比例放大电路设计  28-29
    3.3.3 滤波电路设计  29-32
  3.4 电路仿真研究  32-35
    3.4.1 直流仿真  32-33
    3.4.2 交流仿真  33-35
  3.5 处理器的选择及应用  35-36
  3.6 检测系统硬件部分实体组装  36-37
  3.7 本章小结  37-40
4 检测系统软件部分设计与研究  40-64
  4.1 A/D 转化程序设计  40-43
  4.2 显示程序设计  43-51
  4.3 主函数程序设计  51-55
  4.4 配置系统工作频率设计  55-58
  4.5 配置时钟程序设计  58-62
  4.6 本章小结  62-64
5 水质毒性检测仪性能测试与分析  64-84
  5.1 材料  64-65
    5.1.1 菌种  64
    5.1.2 试剂与仪器  64-65
  5.2 方法  65-68
    5.2.1 发光细菌冻干粉的制备与复苏  65
    5.2.2 毒性检测方法  65
    5.2.3 检测适用条件的确定  65-66
    5.2.4 单一重金属毒性测试方法  66
    5.2.5 二元重金属联合毒性测试方法  66-68
  5.3 结果与讨论  68-82
    5.3.1 检测适用条件的确定  68-70
    5.3.2 单一重金属毒性测试  70-73
    5.3.3 二元重金属联合毒性测试  73-82
  5.4 本章小结  82-84
6 结论与展望  84-88
  6.1 结论  84-85
  6.2 展望  85-88
致谢  88-90
参考文献  90-96
附录 A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  96

一种发光细菌快速水质毒性检测仪的设计与研究

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