原电池式金电极微生物生化需氧量传感器论文资料下载.pdf

1、我们还发现铂 电极 容易钝化 常使 电位 不稳定。为此，我们采用 大面积 园盘 金 电极 直径 1 5 c m）为工 作 电极 结果确实 良好。这 种原电池式的传感器，结构 简单，可直接接 到 一 Y记录仪上，而 不需要伏安式氧 电极的 加 电压装置，仪器成本更低，便 于推 广应用。实 验部分 1 仪 器 自制金一 铅 原电池式氧 电极（规格尺寸 觅 图 1）；x Y记 录仪（重庆 自动化仪 表厂，3 0 8 6 图 1电极结构 l 一铅负授皇 一墨氧化钾 电 质 3 绝缘 套 卜 电扳帽 5 一聚四氟乙烯膜 6 一全 正极7 一 细菌膜8 一 菇酿纤维索膜 型）；自制 自动 电位扫描器，用于

2、X轴移动；冉 制 电位 补偿器，用于初 始电位的调节，原电池 式金 电极微 生物 B OD传感器（简称 B OD传 感器）工作系统 见图 2 试 剂 维普资讯 http:/ 第 l 0 期 化 学 世 界；：=：=图 2 BOD传感 器工作系统 l 一 电极2 一 测量 池卜水浴 套 4 一搅 拌子5 一 电磁搅拌 器 6 一缓坤 瓶 7 一 空气泵8-电位计9 一 电位补偿 仪l O x方 向扫描 雠l 1 一 记录仪 B O D标准溶液（2 2 O 3 7 mg L）：简称 GGA 溶液，是 由 1 5 0 mg葡萄 糖和 5 0 mg 谷 氮酸，用 O 0 0 5 mo l L、p H

3、7 2 8磷酸缓 冲液 溶解 成一 升丽 成；细菌 培养 荆（L B培养 液）：l 蛋白胨、0 5 为酵 母浸 出粉、l 绚氯化 钠溶 液；4 两 海藻酸钠 溶 液、4 氯 化 钙 溶 液、0 8 5 氯化钠溶液。8 菌 体 的 培 养 及 固 定 化 地衣芽孢杆菌的培养：从斜面接菌种一 环至 1 2 0ml LB培 养液 中，在 3 7。C恒温摇 床 中培养 2 3 h，将该发酵 液在 5 0 0 0 r p m 离 心 5 mi n，湿菌体 用 0 8 5 两 氯化 钠溶液洗两 次，将洗过的湿菌体置于 4。c 冰箱内待用。菌体的 固定化：将上述的l湿菌休与 4 海藻 酸钠溶液 按 l：3（

4、重量 体积）混匀后，涂 在光 滑聚 四氟 乙烯板上，用 玻棒 将此涂成匀 膜，洒上一些 4 为氯化钙溶液，过 3 4mi n后 取出这一匀膜，并浸入含有 4 绚 氯化钙溶液 的培养皿 中浸 l 以 h，再用 重 蒸 水 漂 洗 即 成。4 B O D值 测 定 以 0 0 0 5 mo l L、p H 7 2 8磷酸缓冲液 为空 自渡 反应 池控制在 3 3 0 5 C，连续、恒速地向测量池遥入空气并 匀 速搅 拌 测量 液，使 池中的溶j 醉氧一直处 于饱和状态。将 电极浸入空 自溶液，测 其稳态 电位输 出值，再 向测量 池内加入定量 GGA溶液 测其 稳 态 电位输 出值。这两 个稳态

5、电位值之差（A V）4 5 7+就代表测定液中 BO D值 由此可作 出 一 条 B O D值与 电位差关 系的工作 曲线。若 向空 白 溶液中加入定量荇水样品并测其电 位差 值，从工作曲线上可得到其B O D值。结 果与 讨 论 1 B O D传感器的 响应特性 图 3为 B OD传感器 的响应曲线。从图上 可 以看 到，在时间为零 时，测 量池中无有机 物，传感器稳态电位输 出值代表着细胞的内 源呼吸水平。在加入 B OD标准液后，有机物 进入细胞层，使细胞迅速转入外源呼吸。丽 外源呼吸需要 大量的氧气，故 导致电极 表面 层的氧分压下降，从而传感器 的输 出电位也 相应下 降，在 1 0

6、 2 0 mJ n输出电位达到稳态 z0 1 5 旦】o 时间（rai n）图 3 BOD 传感 器的 响应 曲线 曲线：1、2、B-BOD值 分剐 为 l 0、2 0 3 O m g L 的 GGA溶液 4、5、6 一缓 冲溶液 维普资讯 http:/ 4 5 8 化 学 世 界 值。此时溶液中氧分子向细胞膜的扩散和细 胞呼吸之 间建立 了新 的供氧 与耗氧 的动力 学 平衡。从进样 开始到传 感器 输 出电位值重新 稳 定，这一过程称为传感器 的响应 过程，该过 程 所需的时间为传 感器 的响应 时间。响应 时 间的长短一般与 样品的 BOD值有关。实验 中 发现，当 B OD值在5 6

7、0 mg L范围内，B OD 值与传感器响应的 电位差有线 性关系（见 图 4）。当用磷酸缓 冲液取代测定溶液时，传 感 器输 出电位逐渐 恢复到空 自溶液时的电位 值（见图 3）。2 温度对 B O D传感器 的影响 在不 同温度下，B（）J）传感器对 G GA溶 液 表现 出不 同的响应活性（见图 5）。我们扣 豫 了因温度 的上升氧扩散通过 电极薄膜 速率 韵增加（+3 衢。C）和水 中溶懈氧的溶 解度 的 下 降（一2 。C），在 3 0 4 2。C范围内，温 度 E 制 脚 E 制 脚 BOD值（rag L）图 4 BOD 传 感 器韵工 作 曲线 韫度（屯）（测试冬件：p H值 7

8、 a 0：B OD值 8 0 mg L）图 5 温 度对 BOD 传 感 器的影 响 系数 t o=0 6 7，即温度每变化1 C，B OD 传感器 的响应 活性 将改变 6 T，可见恒 温 条件对 B OD传感器 的测定非常重要。在温度 影响 曲线较为平坦的区域找到一个工作温度 3 3。c，此 时电极的响应 活性 也最强。3 p H 值 对 B0 1）传 感 器 的影 响 工作液的 p H 值对 细菌 的活性有很大的 影 响。图 6表示 B OD传 感器对 B O D值为 3 0 mg L的 G GA溶液在不同 p H 条件下的响应 特 性。当 p H 值在 6 5 7 5时，传感器 的响

9、应 最大，说明在该 p H 条件下 细菌处于正常 状态，而当 p H 值小于 6 5或 大于 T。5时，传感器的响应值迅速下降。因此，选择 p H 7 3、0 0 0 5 mo l L磷酸 缓冲液为工作液。4 细菌 量对 B 0 D传感 器的影响 从图 7可知，在电极表面的细菌量从 l O mg上升到 2 o mg时，传感器 的响应值 也随 之上升；当细菌量超过 2 o mg后，因感应 膜 厚度增 加，使得氧的透过率下 降，因而传感器 的响应 值随 之下 降。因此，微生物感应膜的 目 珊 脚 鲴 菌量（rag）（测试条件：温度 S S C；p H值 f BOD值3 0 m g L I 图 7

10、细菌 量对 BOD传 感 器的影 响 维普资讯 http:/ 第 1 0期 化 学 世 界 4 5 9 细菌量和膜的制备方法必须保持一致。表 2 纯有机物B O D值的测定结果 5 重 金属 离子 对 B O D传感器的影响 工 业污 水中常常 由于某 些特殊 工厂 如电 镀 厂等的排放，污水 中棍入 少量重金属离子，为此，我们 试验 了汞、铜、铁 等若干 种离子对 细 菌活性的抑制 作用，结果见表1。由此说 明，汞的抑制 作用较强，但浓度在 1 0 mg L时，细 菌 的剩余活力仍达 6 0 蹯，而实 际上测定的江 河荇水 中不可能有 如此 高浓度的汞含量，因 此本 方法在工 业污水分 析中

11、一 般 还 是 适 用 的。表 1 重 金 属离 子对 BO D 传 感器 的影响 重金属 离子 C0 1 （Co CI a 1 Fe 2+（Fe C I 2）C u Z （Cu S O）8 8 61）6 0 6 6 无机 盐对 B O D传 感 器 的 影 响 无机盐 对细菌生理代谢 活动有影 响，这 是研究了较有代表性的氯化钠和硫酸铵两种 无机盐 对 BO D传感 器 的影响而 得出的结 论。当氯化钠溶液 的浓度小 于 O 5 字 五时，它对 细 菌膜 的 活 性 几 乎 没 有 什 么 影 响，但 大 于 0 5 为后活性随 之下 降。相反，当硫 酸 铵 溶 液的 浓度小 于 0 7 5

12、 为时，活性随其增加而 上 升，即对细菌膜的活性有促进作用，这和文献 4 的结果一致。7 B O D传感 器对纯有机物 的响应特性 测定纯有机物的 B O D值，有助于 了解（单位：g g）纯青 勒 本 1击 标准往 葡萤耱 o 5 5 o 3 0 6 乳糖 o J 0 o 4 O 6 3 蔗糖 o 3 o 2 8 O l 麦 芽塘 o 0 6 O 2 0 6 2 可溶性 粉 o 0 2 0 5 1 谷 氨酸 o 7 1 O 5 2 O 6*-甘氨酸 o 8 3 0 5 5 一 1 0 3 甲尊 o 1 2 0 8 6 O 9 1 艺 尊 n 6 9 1 0 7 1 1 8 丙三醵 0 4 j

13、 u 3 f O 8 1 柠 檬酸 钠 o 3 9 0 2 8 O 6 1 永杨 美铺 o 1 0 艺酸铺 o 9 e 0 6 3 1 2 3 苯 甲酸 钠 1 0 5 表 3两 种 方法 的测 定结果 侧 定结果（mg L）辐 对误差 污水样 品 往 标 准法（岛）苏州 河东 6 0 6 8 1 S 8 黄浦征 东 l b l 7 一l 8 3 横滨路 挢河水 8 2 9 0 9 8 喜临门食品厂污水 2 O 1 8 +l l 新型发 酵厂污水 2 8 3 3 0 5 一7 2 第十八制药厂污水 1 9 8 踟4 1 8 0 0 0 0 +l O 5 注：水样均 取 自上层 清液。各种有机

14、物的可生物氧化性，并 借以观 察传 感器可能 的适用范围，同时也是研究其 响应 机理的一种途径。表 2列举 了传感器对 I 4种 纯有机物的响应值，与文献报道的标准法澍 定值 比较，其 中 T种十分接近，另外 7种有误 差，误差较大的是甲醇和可溶性淀粉，说明传 感器 不适 用于这类 污水的测定。8 B O D传感 器对 实际 污水 样品的测定 对 BO D传感器各 种性能 的测 试，其 最 终 目的在 于探索传感器对实 际污水样 品测定 的可行性。测定 了一些生活 污水和工业污水 的 B OD值，并 与标准法 进行 了比较，结果 表 明，两种方法 测得的 B OD值有着较好的相关 性（见表 3

15、），因此 认为，BO D传感器可望 代替 标准法，将成 为一 种 B OD快速 测定法丽用于 等享专 维普资讯 http:/ 4 6 0 化 学 世 界 实际工作中 9 B O D传感器的稳定性和寿命 B OD传感器 连续使用 3 O 天，其测 定值的 相对误差在 一1 4 8 +1 3 4 之间 可 见该 传感器的稳 定性相 当好，是完 全能满 足）D 值 测定的分析要 求。在对 B OD传感器 寿命进 行试验过程 中，我们 发现每 隔一段 时间（2 3 天）用 BO D传感器 测试 G GA溶液会使其 寿 1 9 91盎 命延长，而长期不用会使其寿命 迅速缩短。平 时不用时应 将 电极置

16、于 4 冰箱 内保存。参考文献 1 l s a o k a r u b e e t a 1 Bi o t e c h n o l B i o e n g 1 9，1 5 3 5（1 0 7 7）2 US P a t e n t。S c p t 2 1，No 4，3 5 0，7 6 3（1 9 8 2）8 张宪 恩等，环境 科学 学报6（2），1 8 （1 9 8 6）。4 孙裕生等，化工环报 7，3 0 9（1 9 8 7）。5 孙裕生 等，环境 科 学 B，5 3（1 9 8 9 用裂解气相色谱法研究热稳定剂对聚氯 乙烯的作用 杨 修 鲎（上海市台成树脂研究所）摘要用 PGC法研究对 PVC

17、的热稳定性是一 种简便可靠的方法。评价 了五种常用硬脂 酸盐对 PVC热稳定作用，以硬脂酸锌 最佳，最佳配 比为 2 5 3 0 ，探讨 了复 合型稳定剂的 协 同作用，以及硬脂酸盐对 PVC热稳 定作 用的机理。聚氯 乙烯（P Vc）是 目前国内外产量最大 的塑料 品种之一，这 是由于其 原料 丰富 易得，价廉，且有较好的综 台性能，诸如机械强度、化 学稳 定性、电绝缘性较 好，可根据需 要制成 各种形式的制品，广泛地应 用在国 民经济各 领 域 中，但 是聚氯 乙烯本身耐 热性较差，软化 点低，容易发生 热分懈，耐寒性差，冲 击强度 也不太 高，因此人们往往通 过改性来改进 它 的性能。在

18、加工时添 加热稳定剂改善 PVC的 热稳 定性，硬 脂酸盐作 为一 种常用的热稳 定 剂被人们 普遍用来提高 PVC的热稳 定性。聚氯 乙烯受热 降解，释放 出氯化氢，共 轭 双键 分子通过环化 作用形成结构稳 定 的 苯。在裂解色谱 中，检查苯 的得率（A XA）来探 讨 PVC热稳定性效 果。由于裂解 气 相 色 谱（P G C）法简便灵敏，重现性 良好，对 P V C在 一定条件下裂 解产生苯 的变化是很 敏 感 的。在一定条件下，产生苯的得率越小，说 明P VC 分子链段的热稳 定性越 好。本文用 PGC法评 价 各种热稳 定剂对 P VC热稳 定效果，并选择 了最佳配 比。探讨 了对

19、 PVC热稳 定 性 的 机 理。实验 部分 1 实 验 条 件 仪器C XL-1 0 1 A 管炉裂解色谱使（南 京 分析仪器厂）；色谱柱1 O 历 P EGA C e l i t e 5 4 5（8 o 1 0 0目），2i n3mm（i d ）；柱 温8 0。C；裂懈温 度4 8 5。裂懈 时间3 0 0；载气氨 气 3 0ml mi n,检 测器 火焰离子化检 测器（FI D）。在上述条件下，获 得添加热稳 定剂前 后 的聚氯 乙烯在 4 8 5。C 时裂解谱 图（见图 1）。2 硬 脂 酸 盐 对 P V C的 影 响 为 了评价硬脂酸盐对 PVC的热 稳 定 作 用，选用的 PVC中不添加其 它助剂。以硬 脂 维普资讯 http:/