專利名稱：一種基于過(guò)程質(zhì)譜儀的封閉式光生物反應(yīng)器裝置及藻細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種基于過(guò)程質(zhì)譜儀的封閉式光生物反應(yīng)器裝置及藻細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程監(jiān)控方法，本發(fā)明方法和設(shè)備可用于監(jiān)控湖泊、海洋藍(lán)藻、微藻等藻細(xì)胞的生長(zhǎng)。
背景技術(shù)：
藍(lán)藻、微藻等藻細(xì)胞利用二氧化碳和光能通過(guò)光合作用合成細(xì)胞生長(zhǎng)所必需的糖并放出氧氣，進(jìn)而合成蛋白質(zhì)、脂肪、核酸等大分子物質(zhì)。不論是生長(zhǎng)在敞開式湖泊、海洋和河流、池塘、污水池等的藍(lán)藻、硅藻和微藻，還是人工培養(yǎng)在封閉式光生物反應(yīng)器(管道式、平板式、立式吊袋、浮式薄膜袋、柱狀氣升式和攪拌式發(fā)酵罐等)的藻類細(xì)胞，其生長(zhǎng)的最基本生理特征是通過(guò)光合作用固定CO2、和釋放氧氣。因此，在藻類細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中在線監(jiān)測(cè)其光合作用強(qiáng)度將是監(jiān)控藻細(xì)胞生長(zhǎng)的最重要方法。目前，水環(huán)境中浮游植物(主要指浮游藻類，不包括細(xì)菌和其它植物)含有葉綠素，也是利用光能進(jìn)行光合作用，將無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物如葡萄糖；同時(shí)，將太陽(yáng)光能通過(guò)光合作用被儲(chǔ)藏于植物體內(nèi)，這些有機(jī)物和能量供其它消費(fèi)者代謝利用，維持水環(huán)境系統(tǒng)中物質(zhì)與能量的供應(yīng)。因此，湖泊中主要初級(jí)生產(chǎn)者浮游植物在水環(huán)境生態(tài)鏈中具有重要的地位。湖泊水環(huán)境的好壞往往與浮游植物(藻類)的初級(jí)代謝生產(chǎn)力強(qiáng)弱有重要的相關(guān)性。目前浮游植物(藻類)初級(jí)生產(chǎn)力測(cè)定方法主要有黑白瓶測(cè)氧法、模型法和放射性14C標(biāo)記法[陳偉民，黃祥飛，周萬(wàn)平，《湖泊生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)方法》，中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2005]，這些方法均是采用動(dòng)態(tài)法測(cè)定，誤差較大。目前通常用浮游植物釋放碳(EOC)測(cè)定方法來(lái)表征初級(jí)生產(chǎn)力大小或藻細(xì)胞的生理能力，這種方法是根據(jù)活浮游植物細(xì)胞代謝時(shí)釋放碳的原理進(jìn)行測(cè)定。然而，藻細(xì)胞代謝強(qiáng)度遠(yuǎn)低于微生物細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞(表I)。表I不同生物細(xì)胞氧和CO2代謝速率范圍和測(cè)量精度要求
權(quán)利要求
1.一種封閉式光生物反應(yīng)器裝置，其特征在于，包括 封閉式光生物反應(yīng)器，其中所述的封閉式光生物反應(yīng)器包括培養(yǎng)罐體、提供光照的光源、攪拌系統(tǒng)、進(jìn)氣管道、和排氣管道；以及 與所述封閉式光生物反應(yīng)器相連或整合的、用于分析排氣的在線過(guò)程質(zhì)譜儀系統(tǒng)，所述在線過(guò)程質(zhì)譜儀系統(tǒng)包括過(guò)程質(zhì)譜儀。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述的在線過(guò)程質(zhì)譜儀系統(tǒng)還包括排氣分析前處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理器。
3.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述的反應(yīng)器還安裝有在線傳感器或檢測(cè)裝置，所述傳感器或檢測(cè)裝置用于檢測(cè)一種或多種選自下組的數(shù)據(jù)溶氧濃度、pH、氧化還原電位、在線重量、溫度、進(jìn)氣流量、罐壓力、光強(qiáng)度、深度。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的排氣分析前處理系統(tǒng)包括通過(guò)管道相連的以下部件緩沖瓶、加熱器、過(guò)濾器，其中來(lái)自光生物反應(yīng)器的排氣經(jīng)所述排氣分前處理系統(tǒng)處理后，送入過(guò)程質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測(cè)。
5.一種藻細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程監(jiān)控方法，其特征在于，包括步驟 (a)將藻細(xì)胞置于權(quán)利要求I所述的封閉式光生物反應(yīng)器裝置中； (b)在藻細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中，在線實(shí)時(shí)測(cè)量進(jìn)氣和排氣中的CO2和O2的濃度，以及在線測(cè)量進(jìn)入和排出空氣的質(zhì)量流量和光生物反應(yīng)器的真實(shí)藻細(xì)胞培養(yǎng)體積，從而得出藻細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程的 CO2 固定速率(Carbon dioxide fixation rate, CFR)、O2 釋放速率(Oxygenelution rate, OER)和呼吸商(Respirotary quotient, RQ)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的藻細(xì)胞是采集自以下地點(diǎn)的水體樣品中的藻細(xì)胞湖泊、河流、海洋、池塘、污水池。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟 (c)基于測(cè)定的CO2固定速率、O2釋放速率和呼吸商，確定藻細(xì)胞所處的生長(zhǎng)時(shí)期。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟 (c)基于測(cè)定的CO2固定速率、O2釋放速率和呼吸商，確定藻細(xì)胞所處的生長(zhǎng)時(shí)期，并判斷藻細(xì)胞是否已經(jīng)進(jìn)入生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期或預(yù)測(cè)藻細(xì)胞進(jìn)入生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期的時(shí)間。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，其中，CO2固定速率、O2釋放速率和呼吸商分別按以下公式進(jìn)行計(jì)算
10.如權(quán)利要求I所述的封閉式光生物反應(yīng)器裝置的用途，其特征在于，所述裝置被(a)用于監(jiān)控藻細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程；(b)用于預(yù)測(cè)湖泊是否會(huì)發(fā)生水華暴發(fā)；(c)用于在線監(jiān)測(cè)藻細(xì)胞的生理代謝強(qiáng)度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于過(guò)程質(zhì)譜儀的封閉式光生物反應(yīng)器裝置及藻細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程監(jiān)控方法。本發(fā)明提供了一種封閉式光生物反應(yīng)器裝置，它包括封閉式光生物反應(yīng)器，其中所述的封閉式光生物反應(yīng)器包括培養(yǎng)罐體、提供光照的光源、攪拌系統(tǒng)、進(jìn)氣管道、和排氣管道；以及與所述封閉式光生物反應(yīng)器相連或整合的、用于分析排氣的在線過(guò)程質(zhì)譜儀系統(tǒng)。本發(fā)明具有直接、實(shí)時(shí)、精確等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C12M1/02GK102618431SQ20111002865
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者趙策, 郭美錦 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)