有毒物质在线检测及自动报警装置及有毒物质的检测方法

摘要

本发明公开了一种有毒物质在线检测及自动报警装置及有毒物质的检测方法，装置包括微生物电解池系统，用于感应由于引入有毒物质而引起的电流变化；计算机和控制系统，用于控制整个装置的运行；及报警器；计算机和控制系统分别和微生物电解池系统及报警器连接；微生物电解池系统包括微生物电解池及储液罐，微生物电解池通过连接管及液体输送泵、水力旋流器和储液罐连接。方法为比较样品加入前后由微生物电解池所产生的电信号的大小。本发明具有灵敏度高、检测时间短及操作简单等优点，可在线检测水体中的有毒物质，并自动报警，大大提高了监测预警水平，是常规监测手段所无法达到的，具有较大的社会效益。

权利要求

1.一种有毒物质在线检测及自动报警装置，其特征在于：包括第一连接管（1）、采样泵（2）、第二连接管（3）、水力旋流器（4）、水力旋流器溢流管（5）、第三连接管（6）、第一蠕动泵（7）、第四连接管（8）、第一三通阀（9）、第五连接管（10）、营养液储存罐（11）、第六连接管（12）、第一缓冲液储存罐（13）、第七连接管（14）、第二三通阀（15）、第八连接管（16）、第二蠕动泵（17）、第九连接管（18）、静态液体混匀器（19）、第十连接管（20）、第一脱氧室（21）、第十一连接管（22）、第三蠕动泵（23）、第十二连接管（24）、微生物电解池（25）、第一排液管（26）、恒温箱（27）、第二缓冲液储存罐（28）、第十三连接管（29）、第四蠕动泵（30）、第十四连接管（31）、第二脱氧室（32）、第十五连接管（33）、第五蠕动泵（34）、第十六连接管（35）、第二排液管（36）、第一钛丝（37）、恒电位仪（38）、导线（39）、电阻（40）、第二钛丝（41）、数据采集卡（42）、第十七连接管（43）、样品收集器（44）、第十八连接管（45）、第十九连接管（46）、真空泵（47）、报警器（48）及计算机和控制部分（49）；

所述恒电位仪（38）的高电位端通过第一钛丝（37）与微生物电解池（25）的阳极电极相连，低电位端通过导线（39）、电阻（40）及第二钛丝（41）与微生物电解池（25）的阴极电极相连，恒电位仪（38）的直流输出电压设为0.7V，从而 促使在微生物电解池（25）中发生有效的生物电化学反应；

所述第一脱氧室（21）及第二脱氧室（32）分别通过第十八连接管（45）及第十九连接管（46）与真空泵（47）连通；计算机和控制部分（49）分别对采样泵（2）、第一蠕动泵（7）、第一三通阀（9）、第二三通阀（15）、第二蠕动泵（17）、第三蠕动泵（23）、恒温箱（27）、第四蠕动泵（30）、第五蠕动泵（34）、数据采集卡（42）、真空泵（47）及报警器（48）进行控制；

待测样品通过第一连接管（1）、采样泵（2）、第二连接管（3）、水力旋流器（4）、水力旋流器溢流管（5）、第三连接管（6）、第一蠕动泵（7）、第四连接管（8）、第一三通阀（9）及第五连接管（10）进入静态液体混匀器（19）；同时营养液储存罐（11）中含有有机质的营养液经第六连接管（12）、第二三通阀（15）、第八连接管（16）、第二蠕动泵（17）及第九连接管（18）也进入静态液体混匀器（19），并与待测样品在静态液体混匀器（19）中混匀后经第十连接管（20）、第一脱氧室（21）、第十一连接管（22）、第三蠕动泵（23）及第十二连接管（24）从微生物电解池（25）的阳极室的侧底部进入阳极室，流经阳极室后通过第一排液管（26）从阳极室的侧顶部排出；

阳极室里有阳极电极及能利用有机质产生电子和质子的电化学活性微生物即微生物催化剂，与此同时，第二缓冲液储存罐（28）中的磷酸钠缓冲液通过第十三连接管（29）、第四蠕动泵（30）、第十四连接管（31）、第二脱氧室（32）、第十五连接管（33）、第五蠕动泵（34）及第十六连接管（35）从微生物电解池（25）的阴极室的侧底部进入阴极室，流经阴极室后通过第二排液管（36）从阴极室的侧顶部排出，阴极室里有阴极电极，待测样品与含有有机质的营养液经脱氧后同时进入微生物电解池（25）的阳极室，而磷酸钠缓冲液经脱氧后进入微生物电解池（25）的阴极室，此时，微生物电解池（25）阳极室中的电化学活性微生物代谢分解有机质产生电子和质子；在恒电位仪（38）提供的直流外加电压的作用下，微生物代谢有机质产生的电子传递到阳极电极后经第一钛丝（37）、恒电位仪（38）、导线（39）、电阻（40）及第二钛丝（41）传递到微生物电解池（25）阴极室的阴极电极；微生物代谢产生的质子经质子交换膜从微生物电解池（25）阳极室迁移到微生物电解池（25）阴极室的阴极电极表面附近，并与从阳极电极传递过来的电子在阴极电极表面结合形成氢气，从而产生电流，流经电阻（40）的电流由数据采集卡（42）采集后输入到计算机和控制部分（49），当进入阳极室有机质的浓度达到阳极室微生物代谢的饱和浓度后，微生物电解池（25）产生的电流不表现任何变化，然而一旦有有毒物质进入阳极室，阳极室中电化学活性微生物的活性会受到抑制，代谢就会减慢，其代谢产生的电子的量就会减少，最终导致微生物电解池（25）产生的电流骤减，此时计算机和控制部分（49）处理这样的电流骤减而激活音频或视频报警器（48），同时第一三通阀（9）与第十七连接管（43）连通，含有有毒物质的样品进入到样品收集器（44），与此同时，第二三通阀（15）与第七连接管（14）连通，第一缓冲液储存罐（13）中的磷酸钠缓冲液经第七连接管（14）、第二三通阀（15）、第八连接管（16）、第二蠕动泵（17）、第九连接管（18）、静态液体混匀器（19）、第十连接管（20）、第一脱氧室（21）、第十一连接管（22）、第三蠕动泵（23）及第十二连接管（24）进入微生物电解池（25）的阳极室对有毒物质进行稀释和冲洗，以减少有毒物质对阳极室电化学活性微生物的毒害；

微生物电解池主要包括阳极室、阴极室、质子交换膜、石墨毡阳极电极、镀铂钛网阴极电极、硅胶密封圈及不锈钢螺丝固定螺丝；微生物电解池的阳极室和阴极室分别由一块

80×100×20mm的聚甲基丙烯酸甲酯板构成，每块板中间雕刻形成一个40×60×12mm的空腔，且微生物电解池的阳极室和阴极室之间用质子交换膜隔开，该质子交换膜为50×70mm，®

Nafion 117，Dupont Co.,USA；阳极室和阴极室都分别设有进水管及出水管，直径为

3mm；阳极室中固定有石墨毡阳极电极，该石墨毡阳极电极为40×50×5mm，GF series, Electro-synthesis Co., USA，而阴极室中固定有镀铂钛网阴极电极，该镀铂钛网阴极电

2

极为38×50×2mm，表面积约为50cm，石墨毡阳极电极在使用之前先用丙酮浸泡过夜，干燥后用1mol/L的盐酸浸泡24h，然后再用蒸馏水冲洗至中性后待用，质子交换膜在使用之前依次用3% V/V的过氧化氢水溶液、1mol/L的硫酸水溶液及蒸馏水煮沸1h，然后置于蒸馏水中待用，镀铂钛网阴极电极使用前用0.5mol/L的硝酸溶液清洗；先将镀铂钛网阴极电极和石墨毡阳极电极分别固定在阴极室和阳极室内，然后依次分别将硅胶密封圈、质子交换膜、硅胶密封圈及阴极室置于阳极室上，再用不锈钢螺丝固定；镀铂钛网阴极电极与石墨毡阳极电极之间通过直径为0.3mm的钛丝与恒电位仪和10.1Ω的电阻相连，其中恒电位仪的高电位端与石墨毡阳极电极相连，恒电位仪的低电位端与电阻相连，恒电位仪的直流输出电压设为0.7V；电阻两端连接一个数据采集卡，该数据采集卡为BC6040，来自北京宝创源科技有限公司，用于测定流经电阻的电流。

2. 一种使用权利要求1的有毒物质在线检测及自动报警装置进行有毒物质在线检测方法，其特征在于，包括下述步骤：

（1）把含有有机质的营养液加入到微生物电解池中，测定由微生物电解池产生的电信号；

（2）把待测样品加入到上述微生物电解池中，测定由微生物电解池产生的电信号；

（3）比较样品加入前后由微生物电解池所产生的电信号的大小；

（4）如果样品加入后由微生物电解池所产生的电信号相对于样品加入前由微生物电解池所产生的电信号显著减弱，则说明样品中含有有毒物质，此时自动发出警报；

其中还包括微生物电解池阳极室中电化学活性微生物的富集处理，处理过程如下：

以污水处理厂的活性污泥为接种物、葡萄糖-谷氨酸模拟人工废水为营养液接种微生物电解池（25）的阳极室富集产电微生物；含葡萄糖-谷氨酸模拟人工废水和接种物的混合液经脱氧后以1mL/min的流量由蠕动泵连续不断地输入到微生物电解池的阳极室，所述模拟人工废水的BOD=200mg/L，为50mmol/L磷酸钠缓冲液，pH=7.0；与此同时，缓冲液储存罐中的磷酸钠缓冲液经脱氧后以0.3mL/min的流量由蠕动泵连续不断地输入到微生物电解池（25）的阴极室，所述磷酸钠缓冲液为50mmol/L，pH=7.0；同时每隔5s用数据采集卡测定微生物电解池产生的电流，并将其保存到计算机和控制部分，所述数据采集卡为BC6040，来自北京宝创源科技有限公司；微生物电解池置于35℃的恒温箱中保持温度恒定；当微生物电解池产生的电流达到1mA时去掉接种物，含葡萄糖-谷氨酸模拟人工废水经脱氧后以1mL/min的流量由蠕动泵连续不断地输入到微生物电解池（25）的阳极室，其它条件都不变，所述含葡萄糖-谷氨酸模拟人工废水的BOD=200mg/L，为50mmol/L磷酸钠缓冲液，pH=7.0；经过4周的连续操作后，微生物电解池产生的最大电流稳定，说明在微生物电解池的阳极电极表面充分富集了电化学活性微生物，此时微生物电解池可以用来检测水中有毒物质；

并且其中样品的具体测定步骤如下：

待测样品以1.8mL/min的流量通过第一连接管（1）、采样泵（2）、第二连接管（3）、水力旋流器（4）、水力旋流器溢流管（5）、连接管（6）、第一蠕动泵（7）、第四连接管（8）、第一三通阀（9）及第五连接管（10）进入静态液体混匀器（19）；与此同时，营养液储存罐（11）中含有有机质的营养液即葡萄糖-谷氨酸模拟人工废水BOD=2500mg/L，pH=7.0，以0.2mL/min的流量经第六连接管（12）、第二三通阀（15）、第八连接管 （16）、第二蠕动泵（17）及第九连接管（18）进入静态液体混匀器（19），并与待测样品在静态液体混匀器（19）中混合后经第十连接管（20）、第一脱氧室（21）、第十一连接管（22）、第三蠕动泵（23）及第十二连接管（24）从微生物电解池（25）的阳极室的侧底部进入阳极室，其中待测样品与含有有机质的营养液的体积比即V/V为9:1；与此同时，第二缓冲液储存罐（28）中的50mmol/L，pH=7.0的磷酸钠缓冲液经脱氧后以0.3mL/min的流量连续不断地输入到微生物电解池（25）的阴极室；

同时每隔5s用数据采集卡（42）测定微生物电解池（25）产生的电流，并将其保存到计算机和控制部分（49），所述数据采集卡（42）为BC6040，来自北京宝创源科技有限公司；起初由于待测样品中不含有毒物质，所以微生物电解池（25）产生的电流一般恒定不变，然后向待测样品中相继加入汞（Hg）标准溶液，使待测样品中汞（Hg）的最终浓度分别为0.015ppm、

0.025ppm、0.035ppm、0.045ppm及0.055ppm，结果表明微生物电解池（25）产生的电流一般情况下为恒定值，但当待测样品中Hg的浓度为0.035ppm时微生物电解池（25）产生的电流值骤减，此时报警器（48）报警，同时第一三通阀（9）与第十七连接管（43）连通，含有有毒物质的样品进入到样品收集器（44）；与此同时，第二三通阀（15）与第七连接管（14）连通，缓冲液储存罐13中的50mmol/L、pH=7.0的磷酸钠缓冲液经第七连接管（14）、第二三通阀（15）、第八连接管（16）、第二蠕动泵（17）、第九连接管（18）、第五连接管（10）、静态液体混匀器（19）、第十连接管（20）、第一脱氧室（21）、第十一连接管（22）、第三蠕动泵（23）及第十二连接管（24）进入微生物电解池（25）的阳极室对有毒物质进行稀释和冲洗，以减少有毒物质对阳极室电化学活性微生物的毒害。

说明书

有毒物质在线检测及自动报警装置及有毒物质的检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及用一种生物方式来检测水中有毒物质的方法及其装置。具体而言，本发明涉及用微生物电解池技术对水中有毒物质进行在线自动检测的方法及其自动报警装置。

背景技术

[0002] 随着工农业生产的快速发展和人们生活水平的提高，人工合成化学物质的种类及用量急剧增加，农药、化肥、重金属、工业废水、生活垃圾等大量排入环境，对环境造成了严重污染，这些物质在环境中经过复杂的物理、化学和生物转化过程，又会形成新的污染物，一些污染物还可能进入食物链并在生物体内蓄积，最终对生物圈产生各种各样的毒性效应，给生态环境和公众健康造成严重威胁。

[0003] 迄今为止，许多研究者已经开发出早期的用于有毒物质进入水中的检测方法和警报装置。在这些传统的用于测定水中有毒物质的方法中，有理化方法和生物学方法。前者可以定量分析水中某一种或某一类污染物的含量，而污染物的综合毒性往往不是每种单一有毒物质毒性的简单叠加，因此这种方法不能直接、全面地反映水中各种有毒物质的联合毒性作用，因此其应用范围受到限制。此外，该类方法往往需要对待测样品进行复杂、耗时的前期预处理才能进行后续检测，因此该类方法一般不适合在线检测，也起不到早期预警的作用。它的缺点还在于需要昂贵的设备和高度熟练的工程师以进行检测。

[0004] 为了弥补这一缺陷，人们开发了各种用于检测水中有毒物质的生物方法与装置。具有代表性的传统的用于水中有毒物质的生物检测装置包括一些监控方法，这些监控方法中采用了鱼、水蚤及一些发荧光的微生物等。

[0005] 鱼类对水环境的变化十分敏感，当水体中有毒物质达到一定质量浓度时，就会引起一系列中毒反应，因而被广泛用于毒物和废水的生物监测、评价。用鱼进行水质监控的装置利用了鱼游动的性质，即它把逆流现象用于检测。安装一个防漏网后，当有毒物质从入水口进入时，鱼受到影响，其游动就会减慢。由于水流的缘故鱼被推回，出于本能鱼猛烈地摆动尾鳍以向前游动，在这个过程中尾鳍就会触动感应器。这个反应转变成电子信号并记录下来，用水质监控装置检测电子信号的值，并用于给出警报或由连接的控制器来控制水的流速，这一信息通过显示器或键盘输出/输入。用于此目的的鱼通常属于鲤科鱼的一种金鱼。用鱼来检测有毒物质的不足在于检测毒性的物体太大，当8ppm的苯酚流入水中时它需要8小时来测定毒性。利用鱼来进行生物毒性报警系统的方法灵敏度低，而且检测时间长、误差范围大。鱼的选择和生长环境降低了报警系统的可重复性和同一性。

[0006] 水蚤是浮游动物中体形较小的一类，以藻类、真菌、碎屑物及溶解性有机物为食，分布广泛，繁殖能力强，同时对多种有毒物质敏感，是国际上普遍采用的标准毒性实验生物。用水蚤来检测有毒物质的装置应用红外感应器来感应水蚤在水中的活动。它以水蚤的游动为基础，把20只水蚤放入玻璃或丙烯酸树脂试验皿中，被检测的水引入到该试验皿中并从该试验皿排放。当注入水时，水蚤会有反应。当水中没有有毒物质时，它们表现正常的活动；当水中含有有毒物质时，它们的运动就变得没有规律而且激烈起来。它们表现的活动越激烈则它们触动红外感应器就越频繁，使电子信号的值增加。温度感应器一直测定温度，电子控制器控制红外感应器并通过一个输出装置显示电子信号的值。早期使用水蚤的报警装置比用鱼的灵敏度高，这是由于使用的物体较小，但是装置的维护比较困难。当换水蚤时，用来进水或出水的试验皿和各种试管都要清洗或更换。由于生长用水需要一周换2到3次，因此对水蚤的生长需要特别小心和留意，需要仔细地将怀孕的和母体水蚤分离出来。必须在一个特殊生长室中培养水蚤，该生长室的内部需要消毒，要除去有碍生长的设备。在生长室中必须提供新鲜空气。

[0007] 一些发光细菌也可以用于自动检测水中的有毒物质。发光细菌在正常条件下能发出一定强度及波长的光，许多有毒物质可抑制其发光强度，通过测定发光强度变化可以实现水中有毒物质的检测。利用发光细菌自动检测水中有毒物质的装置需要各种光检测装置，这使得它昂贵而且需要人员和专家来维护。此外，利用发光细菌法检测有毒物质具有发光强度本底值差异较大，检测期间发光变化幅度宽的问题。

[0008] 这些传统的用于水中有毒物质的自动检测方法和装置的问题最终来源于感应器部分，本发明正是基于这一事实而提出。

发明内容

[0009] 本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种有毒物质在线检测及自动报警装置及有毒物质的检测方法，它是一种低价、易维护的、快速准确的毒性测定方法，并可实现自动报警。

[0010] 为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

[0011] 本发明提供了一种有毒物质在线检测及自动报警装置，包括微生物电解池系统，用于感应由于引入有毒物质而引起的电流变化；计算机和控制系统，用于控制整个装置的运行；及报警器；计算机和控制系统分别和微生物电解池系统及报警器连接；

[0012] 微生物电解池系统包括微生物电解池及储液罐，微生物电解池通过连接管及液体输送泵、水力旋流器和储液罐连接。

[0013] 本发明所述所述微生物电解池连接有数据采集系统，数据采集系统与计算机控制系统连接；微生物电解池为双室微生物电解池；所述微生物电解池以导电惰性材料为阳极电极、导电惰性材料为阴极电极，阳极电极和阴极电极间通过钛丝、恒电位仪及电阻连接；数据采集系统和电阻并联。

[0014] 所述微生物电解池包括阴极室和阳极室，阴极室和阳极室之间由质子交换膜分隔；

[0015] 阳极室通过连接管及液体输送泵、脱氧室、静态液体混匀器及三通阀分别和阳极缓冲液储存罐和营养液储存罐及采样泵连接；脱氧室连接真空泵；

[0016] 阴极室通过连接管及液体输送泵、脱氧室和阴极缓冲液储存罐连接；

[0017] 连接管上的所有输送泵、采样泵、真空泵及三通阀均和计算机控制系统连接。

[0018] 阳极室连接管上连接有样品收集器。

[0019] 所述微生物电解池安装于一个恒温箱内。

[0020] 本发明同时提供了一种有毒物质在线检测方法，包括下述步骤：

[0021] （1）把含有有机质的营养液加入到微生物电解池中，测定由微生物电解池产生的电信号；

[0022] （2）把待测样品加入到上述微生物电解池中，测定由微生物电解池产生的电信号；

[0023] （3）比较样品加入前后由微生物电解池所产生的电信号的大小；

[0024] （4）如果样品加入后由微生物电解池所产生的电信号相对于样品加入前由微生物电解池所产生的电信号显著减弱，则说明样品中含有有毒物质，此时自动发出警报。

[0025] 因此，依据本发明，当待测样品中有毒物质的浓度达到一定值时，微生物电解池中的电化学活性微生物因受到毒害其活性就会受到抑制，从而导致微生物电解池产生的电信号显著减弱。

[0026] 本发明具有灵敏度高、检测时间短及操作简单等优点，可在线检测水体中的有毒物质，并自动报警。本发明方法具有快捷灵敏，是常规监测手段所无法达到的。在水体受到有毒物质污染时，可快速的进行预警，大大提高了监测预警水平，并且具有较大的社会效益。

附图说明

[0027] 图1为用于在线检测有毒物质的装置的结构示意图。

[0028] 图2为实施例1的结果图。

[0029] 图3为实施例2的结果图。

[0030] 图4为实施例3的结果图。

[0031] 通过下面的详细说明并结合附图，可以更清楚地理解本发明的上面的及其他的目的、特征和优点。

具体实施方式

[0032] 实施例1

[0033] 1.用于在线检测有毒物质的装置的结构及微生物电解池感应器的设计与组装[0034] 图1是用于有毒物质在线检测及自动报警装置的一个图解说明，所述装置包括：连接管1、采样泵2、连接管3、水力旋流器4、水力旋流器溢流管5、连接管6、蠕动泵7、连接管8、三通阀9、连接管10、营养液储存罐11、连接管12、缓冲液储存罐13、连接管14、三通阀
15、连接管16、蠕动泵17、连接管18、静态液体混匀器19、连接管20、脱氧室21、连接管22、蠕动泵23、连接管24、微生物电解池25、排液管26、恒温箱27、缓冲液储存罐28、连接管29、蠕动泵30、连接管31、脱氧室32、连接管33、蠕动泵34、连接管35、排液管36、钛丝37、恒电位仪38、导线39、电阻40、钛丝41、数据采集卡42、连接管43、样品收集器44、连接管45、连接管46、真空泵47、报警器48及计算机和控制部分49。

[0035] 以下对具有上述结构的用微生物电解池来测定水中有毒物质的装置的工作原理进行说明。

[0036] 装置中恒电位仪38的高电位端通过钛丝37与微生物电解池25的阳极电极相连，低电位端通过导线39、电阻40及钛丝41与微生物电解池25的阴极电极相连，恒电位仪38的直流输出电压设为0.7V，从而促使在微生物电解池25中发生有效的生物电化学反应。

[0037] 脱氧室21及脱氧室32分别通过连接管45及连接管46与真空泵47连通。计算机和控制部分49分别对采样泵2、蠕动泵7、三通阀9、三通阀15、蠕动泵17、蠕动泵23、恒温箱27、蠕动泵30、蠕动泵34、数据采集卡42、真空泵47及报警器48进行控制。

[0038] 待测样品通过连接管1、采样泵2、连接管3、水力旋流器4、水力旋流器溢流管5、连接管6、蠕动泵7、连接管8、三通阀9及连接管10进入静态液体混匀器19；同时营养液储存罐11中含有有机质的营养液经连接管12、三通阀15、连接管16、蠕动泵17及连接管18也进入静态液体混匀器19，并与待测样品在静态液体混匀器19中混匀后经连接管20、脱氧室21、连接管22、蠕动泵23及连接管24从微生物电解池25的阳极室的侧底部进入阳极室，流经阳极室后通过排液管26从阳极室的侧顶部排出。

[0039] 阳极室里有阳极电极及能利用有机质产生电子和质子的电化学活性微生物（微生物催化剂）。与此同时，缓冲液储存罐28中的磷酸钠缓冲液通过连接管29、蠕动泵30、连接管31、脱氧室32、连接管33、蠕动泵34及连接管35从微生物电解池25的阴极室的侧底部进入阴极室，流经阴极室后通过排液管36从阴极室的侧顶部排出。阴极室里有阴极电极。也就是说，待测样品与含有有机质的营养液经脱氧后同时进入微生物电解池25的阳极室，而磷酸钠缓冲液经脱氧后进入微生物电解池25的阴极室。此时，微生物电解池25阳极室中的电化学活性微生物代谢分解有机质产生电子和质子；在恒电位仪38提供的直流外加电压的作用下，微生物代谢有机质产生的电子传递到阳极电极后经钛丝37、恒电位仪38、导线39、电阻40及导线41传递到微生物电解池25阴极室的阴极电极；微生物代谢产生的质子经质子交换膜从微生物电解池25阳极室迁移到微生物电解池25阴极室的阴极电极表面附近，并与从阳极电极传递过来的电子在阴极电极表面结合形成氢气，从而产生电流。
流经电阻40的电流由数据采集卡42采集后输入到计算机和控制部分49。一般情况下，当进入阳极室有机质的浓度达到阳极室微生物代谢的饱和浓度后，微生物电解池25产生的电流不表现任何变化，然而一旦有有毒物质进入阳极室，阳极室中电化学活性微生物的活性会受到抑制，代谢就会减慢，其代谢产生的电子的量就会减少，最终导致微生物电解池25产生的电流骤减，此时计算机和控制部分49处理这样的电流骤减而激活音频或视频报警器48。同时三通阀9与连接管43连通，含有有毒物质的样品进入到样品收集器44。与此同时，三通阀15与连接管14连通，缓冲液储存罐13中的磷酸钠缓冲液经连接管14、三通阀
15、连接管16、蠕动泵17、连接管18、静态液体混匀器19、连接管20、脱氧室21、连接管22、蠕动泵23及连接管24进入微生物电解池25的阳极室对有毒物质进行稀释和冲洗，以减少有毒物质对阳极室电化学活性微生物的毒害。

[0040] 微生物电解池主要包括阳极室、阴极室、质子交换膜、石墨毡阳极电极、镀铂钛网阴极电极、硅胶密封圈及不锈钢螺丝固定螺丝。微生物电解池的阳极室和阴极室分别由一块聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）板（80×100×20mm）构成，每块板中间雕刻形成一个40×60×12mm的空腔，且微生物电解池的阳极室和阴极室之间用质子交换膜（50×70mm，Dupont Co.,USA）隔开。阳极室和阴极室都分别设有进水管及出水管（直
径3mm）。阳极室中固定有石墨毡阳极电极（40×50×5mm，GF series,Electro-synthesis
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Co.,USA），而阴极室中固定有镀铂钛网阴极电极（38×50×2mm，表面积约为50cm）。石墨毡阳极电极在使用之前先用丙酮浸泡过夜，干燥后用1mol/L的盐酸浸泡24h，然后再用蒸馏水冲洗至中性后待用。质子交换膜在使用之前依次用3%（V/V）的过氧化氢水溶液、1mol/L的硫酸水溶液及蒸馏水煮沸1h，然后置于蒸馏水中待用。镀铂钛网阴极电极使用前用
0.5mol/L的硝酸溶液清洗。先将镀铂钛网阴极电极和石墨毡阳极电极分别固定在阴极室和阳极室内，然后依次分别将硅胶密封圈、质子交换膜、硅胶密封圈及阴极室置于阳极室上，再用不锈钢螺丝固定。镀铂钛网阴极电极与石墨毡阳极电极之间通过钛丝（直径0.3mm）与恒电位仪和电阻（10.1Ω）相连，其中恒电位仪的高电位端与石墨毡阳极电极相连，恒电位仪的低电位端与电阻相连，恒电位仪的直流输出电压设为0.7V。电阻两端连接一个数据采集卡（BC6040，北京宝创源科技有限公司），用于测定流经电阻的电流。

[0041] 2.微生物电解池阳极室中电化学活性微生物的富集

[0042] 以污水处理厂的活性污泥为接种物、葡萄糖-谷氨酸模拟人工废水为营养液接种微生物电解池25的阳极室富集产电微生物。含葡萄糖-谷氨酸模拟人工废水（BOD=200mg/L，50mmol/L磷酸钠缓冲液，pH=7.0）和接种物的混合液经脱氧后以1mL/min的流量由蠕动泵连续不断地输入到微生物电解池的阳极室。与此同时，缓冲液储存罐中的磷酸钠缓冲液（50mmol/L，pH=7.0）经脱氧后以0.3mL/min的流量由蠕动泵连续不断地输入到微生物电解池25的阴极室。同时每隔5s用数据采集卡（BC6040，北京宝创源科技有限公司）测定微生物电解池产生的电流，并将其保存到计算机和控制部分。微生物电解池置于35℃的恒温箱中保持温度恒定。当微生物电解池产生的电流达到1mA时去掉接种物，含葡萄糖-谷氨酸模拟人工废水（BOD=200mg/L，50mmol/L磷酸钠缓冲液，pH=7.0）经脱氧后以1mL/min的流量由蠕动泵连续不断地输入到微生物电解池25的阳极室，其它条件都不变。经过4周的连续操作后，微生物电解池产生的最大电流稳定，说明在微生物电解池的阳极电极表面充分富集了电化学活性微生物，此时微生物电解池可以用来检测水中有毒物质。

[0043] 3.样品测定

[0044] 待测样品以1.8mL/min的流量通过连接管1、采样泵2、连接管3、水力旋流器4、水力旋流器溢流管5、连接管6、蠕动泵7、连接管8、三通阀9及连接管10进入静态液体混匀器19；与此同时，营养液储存罐11中含有有机质的营养液（葡萄糖-谷氨酸模拟人工废水BOD=2500mg/L，pH=7.0）以0.2mL/min的流量经连接管12、三通阀15、连接管16、蠕动泵17及连接管18进入静态液体混匀器19，并与待测样品在静态液体混匀器19中混合后经连接管20、脱氧室21、连接管22、蠕动泵23及连接管24从微生物电解池25的阳极室的侧底部进入阳极室，其中待测样品与含有有机质的营养液的体积比为9:1（V/V）。与此同时，缓冲液储存罐28中的磷酸钠缓冲液（50mmol/L，pH=7.0）经脱氧后以0.3mL/min的流量连续不断地输入到微生物电解池25的阴极室。同时每隔5s用数据采集卡42（BC6040，北京宝创源科技有限公司）测定微生物电解池25产生的电流，并将其保存到计算机和控制部分49。起初由于待测样品中不含有毒物质，所以微生物电解池25产生的电流一般恒定不变（图2Ⅰ阶段），然后向待测样品中相继加入汞（Hg）标准溶液，使待测样品中汞（Hg）的最终浓度分别为0.015ppm、0.025ppm、0.035ppm、0.045ppm及0.055ppm，结果表明微生物电解池25产生的电流一般情况下为恒定值（图2Ⅱ、Ⅲ阶段），但当待测样品中Hg的浓度为0.035ppm时微生物电解池25产生的电流值骤减（图2Ⅳ阶段），此时报警器48报警，同时三通阀9与连接管43连通，含有有毒物质的样品进入到样品收集器44。与此同时，三通阀15与连接管14连通，缓冲液储存罐13中的磷酸钠缓冲液（50mmol/L，pH=7.0）经连接管14、三通阀15、连接管16、蠕动泵17、连接管、18、连接管10、静态液体混匀器19、连接管20、脱氧室21、连接管
22、蠕动泵23及连接管24进入微生物电解池25的阳极室对有毒物质进行稀释和冲洗，以减少有毒物质对阳极室电化学活性微生物的毒害。此实施例说明该装置可以检测水中重金属等有毒物质。

[0045] 实施例2

[0046] 在实施例2中使用与实施例1相同的微生物电解池和营养液。待测样品以1.8mL/min的流量通过连接管1、采样泵2、连接管3、水力旋流器4、水力旋流器溢流管5、连接管6、蠕动泵7、连接管8、三通阀9及连接管10进入静态液体混匀器19；与此同时，营养液储存罐11中含有有机质的营养液（葡萄糖-谷氨酸模拟人工废水BOD=2500mg/L，pH=7.0）以
0.2mL/min的流量经连接管12、三通阀15、连接管16、蠕动泵17及连接管18进入静态液体混匀器19，并与待测样品在静态液体混匀器19中混合后经连接管20、脱氧室21、连接管
22、蠕动泵23及连接管24从微生物电解池25的阳极室的侧底部进入阳极室，其中待测样品与含有有机质的营养液的体积比为9:1（V/V）。与此同时，缓冲液储存罐28中的磷酸钠缓冲液（50mmol/L，pH=7.0）经脱氧后以0.3mL/min的流量连续不断地输入到微生物电解池25的阴极室。同时每隔5s用数据采集卡42（BC6040，北京宝创源科技有限公司）测定微生物电解池25产生的电流，并将其保存到计算机和控制部分49。起初由于待测样品中不含有毒物质，所以微生物电解池25产生的电流一般恒定不变（图3Ⅰ阶段），然后向待测样品中相继加入苯酚标准溶液，使待测样品中苯酚的最终浓度分别为0.015ppm、0.025ppm、
0.035ppm、0.045ppm及0.055ppm，如实施例1一样，结果表明微生物电解池25产生的电流一般情况下为恒定值（图3Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ阶段），但当待测样品中苯酚的最终浓度为0.045ppm时微生物电解池25产生的电流值骤减（图3Ⅴ阶段），此时报警器48报警，同时三通阀9与连接管43连通，含有有毒物质的样品进入到样品收集器44。与此同时，三通阀15与连接管14连通，缓冲液储存罐13中的磷酸钠缓冲液（50mmol/L，pH=7.0）经连接管14、三通阀15、连接管16、蠕动泵17、连接管、18、连接管10、静态液体混匀器19、连接管20、脱氧室21、连接管22、蠕动泵23及连接管24进入微生物电解池25的阳极室对有毒物质进行稀释和冲洗，以减少有毒物质对阳极室电化学活性微生物的毒害。此实施例说明该装置可以检测水中有毒有机物。

[0047] 实施例3

[0048] 在实施例3中使用与实施例1相同的微生物电解池和营养液。待测样品以1.8mL/min的流量通过连接管1、采样泵2、连接管3、水力旋流器4、水力旋流器溢流管5、连接管6、蠕动泵7、连接管8、三通阀9及连接管10进入静态液体混匀器19；与此同时，营养液储存罐11中含有有机质的营养液（葡萄糖-谷氨酸模拟人工废水，BOD=2500mg/L，pH=7.0）以
0.2mL/min的流量经连接管12、三通阀15、连接管16、蠕动泵17及连接管18进入静态液体混匀器19，并与待测样品在静态液体混匀器19中混合后经连接管20、脱氧室21、连接管
22、蠕动泵23及连接管24从微生物电解池25的阳极室的侧底部进入阳极室，其中待测样品与含有有机质的营养液的体积比为9:1（V/V）。与此同时，缓冲液储存罐28中的磷酸钠缓冲液（50mmol/L，pH=7.0）经脱氧后以0.3mL/min的流量连续不断地输入到微生物电解池
25的阴极室。同时每隔5s用数据采集卡42（BC6040，北京宝创源科技有限公司）测定微生物电解池25产生的电流，并将其保存到计算机和控制部分49。起初由于待测样品中不含有毒物质，所以微生物电解池25产生的电流一般恒定不变（图4Ⅰ阶段），然后向待测样品中相继加入Hg与苯酚标准溶液，使待测样品中Hg与苯酚的最终浓度分别为0.015ppm（Hg）+0.015ppm（苯酚）、0.025ppm（Hg）+0.025ppm（苯酚）及0.035ppm（Hg）+0.035ppm（苯酚），如实施例1一样，结果表明微生物电解池25产生的电流一般情况下为恒定值（图4Ⅱ阶段），但当待测样品中Hg与苯酚的最终浓度为0.02ppm（Hg）+0.02ppm（苯酚）时微生物电解池
25产生的电流值骤减（图4Ⅲ阶段），此时报警器48报警，同时三通阀9与连接管43连通，含有有毒物质的样品进入到样品收集器44。与此同时，三通阀15与连接管14连通，缓冲液储存罐13中的磷酸钠缓冲液（50mmol/L，pH=7.0）经连接管14、三通阀15、连接管16、蠕动泵17、连接管、18、连接管10、静态液体混匀器19、连接管20、脱氧室21、连接管22、蠕动泵
23及连接管24进入微生物电解池25的阳极室对有毒物质进行稀释和冲洗，以减少有毒物质对阳极室电化学活性微生物的毒害。此实施例说明该装置可以检测水中不同有毒物质的叠加或协同作用。

[0049] 工业实用性：

[0050] 依据本发明，当待测样品中含有有毒物质时，微生物电解池中电化学活性细菌的代谢会受到抑制，导致微生物电解池产生的电流骤减，从而起到检测有毒物质及自动报警的目的。在检测有毒物质时，与传统的警报装置相比，微生物电解池的运用使感应器部分的管理与维护费用和人员最少化，并简化操作过程，且装置的灵敏度高、响应快、检测时间短及精确可靠。

[0051] 一旦检测装置感应到有毒物质的进入信号，即从现场采集含有有毒物质的样品置于密封的器皿中，随后可结合其它的物理或化学等方法对样品中的有毒物质进行定性和定量分析。

[0052] 本发明通过在早期阶段检测有毒物质的流入，达到早期预警的目的，从而使损失最小化。这些性能优异的检测有毒物质的装置的开发有助于国家经济的发展，因为相关装置一旦实现本地生产则能出口创汇或取代进口。

[0053] 依据本发明，利用微生物电解池检测有毒物质的装置可以快速检测饮用水源的污染情况，也可用于衡量污水的生物毒性的强度。此外，当在水源的保护区域安装此装置时，可以对保护区域水源的安全起到保护作用，而在工厂和企事业单位的污水排放口安装此装置时，可以有效地预防工厂和企事业单位非法排放污染物。

[0054] 最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。