一種船舶壓載水處理過程的分析裝置及其分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船舶壓載水處理過程的分析裝置及其分析方法，所述的裝置包括平臺、微流控芯片、微閥控制組件、光激發(fā)組件、光檢測組件和數(shù)據(jù)處理組件；微流控芯片由玻璃片和固定在玻璃片上的聚二甲基硅氧烷組成，聚二甲基硅氧烷表面設(shè)有若干個樣品儲液池、若干個鞘液儲液池和若干個廢液儲液池。本發(fā)明將整個復雜的檢測過程集成到一個微流控芯片上，且可以在一個微流控芯片上通過計算機程序自動控制微閥而實現(xiàn)多次對比檢測，對于船舶壓載水處理的整個過程分析，操作簡單。由于本發(fā)明采用微流控芯片作為船舶壓載水檢測的微平臺，而相關(guān)的光電檢測設(shè)備亦可采用體積較小的結(jié)構(gòu)形式，因此，相對于現(xiàn)有大型檢測設(shè)備，本發(fā)明具有微型化的優(yōu)點。
【專利說明】一種船舶壓載水處理過程的分析裝置及其分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶壓載水處理技術(shù)，特別是一種船舶壓載水處理過程的分析裝置及其分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶壓載水是外來海洋生物入侵的主要途徑之一，外來有害海洋生物入侵傳播造成的災害，對生態(tài)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及人類健康等都造成了嚴重的影響，在《船舶壓載水及沉積物控制和管理國際公約》中規(guī)定了船舶排放時的壓載水性能應滿足的標準，其中重要的一項內(nèi)容是壓載水中不同尺寸存活生物的濃度，而微藻是船舶壓載水中最普遍存在的一種生物，也是目前船舶壓載水處理和檢測的主要目標。
[0003]目前國內(nèi)外進行的船舶壓載水處理技術(shù)可以劃分為五種主要的方法:機械法、化學法、物理法、生物法和聯(lián)合處理方法。廣泛考慮可采用的幾大方法包括壓載水置換法、初級分離裝置如旋流分離和過濾法、加熱法、紫外線法以及使用一些化學殺菌劑和活性物質(zhì)的方法。但是，到現(xiàn)在為止，國際海事組織、海洋環(huán)境保護委員會(MEPC)和全球壓載水管理項目組(GBWMPG)認為當前尚無一種有效治理壓載水中外來有害生物入侵的方法。
[0004]目前，化學法是最普遍的處理壓載水的方法。有效氯可用作消毒劑，廣泛使用于細菌的殺滅。通過電解海水產(chǎn)生的有效氯防止海洋生物的生長，在海水防污染治理中已眾所周知。此原理可以擴展到壓載水處理，電解產(chǎn)物中的有效氯具有強氧化作用，可以作用于水生物和病原體。但是，為了保證殺滅效果而一次性注入高濃度電解產(chǎn)物達到致死藻類的效果，使用的有效氯劑量較多，會產(chǎn)生較多的電解副產(chǎn)物，對環(huán)境造成污染，對人類健康造成影響。此壓載水處理方法仍面臨著技術(shù)上的挑戰(zhàn)，所以我們需要對壓載水處理系統(tǒng)的有效性進行檢測。因此，對壓載水處理方法的過程分析是當前首先要解決的問題。在對壓載水處理過程進行分析時應考慮很多問題，其主要問題應從以下幾個方面考慮，即不同初始反應試劑濃度對船舶壓載水的處理效果，得出最佳初始反應試劑濃度；相同初始反應試劑濃度處理不同時間對船舶壓載水的處理效果，得出最佳處理時間；一次性注入高濃度反應試劑作用藻類與分多次注入少量反應試劑作用藻類，哪種更有效；不同溫度對船舶壓載水的處理效果的影響等等。
[0005]目前所有壓載水處理過程的分析裝置都存在體積大、結(jié)構(gòu)復雜、分析過程速度慢及操作繁瑣等缺點。因此，有必要提供一種高效的船舶壓載水處理過程分析的方法與裝置，使壓載水處理與監(jiān)測相結(jié)合，能夠準確、快速的實現(xiàn)壓載水處理過程分析與檢測，減少由于船舶壓載水引入的外來物種入侵，減輕經(jīng)濟損失。
[0006]綜上分析，船舶壓載水處理過程的分析是急需解決的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計一種體積小、結(jié)構(gòu)簡單、集成化、自動控制的船舶壓載水處理過程的分析裝置及其分析方法。[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種船舶壓載水處理過程的分析裝置，包括平臺、微流控芯片、驅(qū)動組件、微閥控制組件、光激發(fā)組件、光檢測組件和數(shù)據(jù)處理組件，所述平臺為暗室結(jié)構(gòu)，光激發(fā)組件與平臺連接，微流控芯片和光檢測組件固定在平臺內(nèi)，驅(qū)動組件與微流控芯片連接，光檢測組件與數(shù)據(jù)處理組件連接；所述的微流控芯片是帶有微閥的微流控芯片；
[0009]所述的微流控芯片由玻璃片和固定在玻璃片上的聚二甲基硅氧烷組成，所述聚二甲基硅氧烷表面設(shè)有若干個樣品儲液池、若干個鞘液儲液池和若干個廢液儲液池，樣品儲液池設(shè)有與樣品儲液池連通的樣品通道，且樣品通道內(nèi)設(shè)有微閥，鞘液儲液池設(shè)有與鞘液儲液池連通的鞘液通道，廢液儲液池設(shè)有與廢液儲液池連通的檢測通道，樣品通道和鞘液通道交匯后與檢測通道連通，檢測通道設(shè)有檢測區(qū)域，樣品儲液池、鞘液儲液池和廢液儲液池設(shè)有驅(qū)動組件；
[0010]所述的微閥控制組件用于控制微流控芯片樣品通道內(nèi)微閥自動開放和關(guān)閉，由計算機軟件控制；
[0011]所述的光激發(fā)組件的光斑所覆蓋區(qū)域布滿微流控芯片的檢測區(qū)域。
[0012]本發(fā)明所述的驅(qū)動組件為壓力驅(qū)動組件或電力驅(qū)動組件。
[0013]本發(fā)明所述的光激發(fā)組件為固定在平臺內(nèi)或通過密封結(jié)構(gòu)與平臺連接。
[0014]本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)處理組件采用微處理器，光檢測組件采用光電倍增管或單光子計數(shù)模塊。
[0015]一種船舶壓載水處理過程的分析裝置及其分析方法，包括如下步驟:
[0016]A、將鞘液加入到鞘液儲液池，將反應試劑和船舶壓載水加入到樣品儲液池，開啟光激發(fā)組件、光檢測組件、數(shù)據(jù)處理組件和鞘液儲液池的驅(qū)動組件，使鞘液沿著鞘液通道經(jīng)過檢測通道流向廢液儲液池；
[0017]B、開啟樣品儲液池的驅(qū)動組件和微閥控制組件，由微閥控制組件自動控制所有樣品通道內(nèi)微閥的開放和關(guān)閉，當某一樣品通道內(nèi)的微閥開啟時，使對應的樣品儲液池內(nèi)的液體沿著樣品通道經(jīng)過檢測通道流向廢液儲液池，而其他樣品通道內(nèi)的微閥呈關(guān)閉狀態(tài)；船舶壓載水中微藻經(jīng)過檢測區(qū)域時微藻單細胞內(nèi)葉綠素被激發(fā)光激發(fā)產(chǎn)生瞬時光子輻射；
[0018]C、通過脈沖信號的強弱和數(shù)量，獲取船舶壓載水中微藻活性強弱和微藻數(shù)量。
[0019]本發(fā)明的工作原理如下:船舶壓載水在鞘液作用下，船舶壓載水中微藻細胞聚焦后一個一個經(jīng)過檢測區(qū)域，避免了多個微藻細胞同時經(jīng)過檢測區(qū)域而產(chǎn)生的誤差，在檢測區(qū)域處，利用一束激發(fā)光照射微藻細胞，使微藻細胞內(nèi)葉綠素吸收激發(fā)光并產(chǎn)生葉綠素熒光，葉綠素熒光被光檢測組件檢測到，光強大小表征微藻細胞活性強弱，光強越強，則微藻細胞活性越強，即壓載水的處理效果越好；反之，光強越弱，則微藻細胞活性越弱，即壓載水的處理效果越差。微閥控制組件，可以根據(jù)具體實驗要求控制不同的微閥在不同的時間開啟和關(guān)閉。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點:
[0021]1、本發(fā)明將整個復雜的檢測過程集成到一個微流控芯片上，且可以在一個微流控芯片上通過計算機程序自動控制微閥而實現(xiàn)多次對比檢測，對于船舶壓載水處理的整個過程分析，操作簡單。[0022]2、由于本發(fā)明采用微流控芯片作為船舶壓載水檢測的微平臺，而相關(guān)的光電檢測設(shè)備亦可采用體積較小的結(jié)構(gòu)形式，如:數(shù)據(jù)處理組件采用微處理器，光檢測組件采用光電倍增管或單光子計數(shù)模塊，因此，相對于現(xiàn)有大型檢測設(shè)備，本發(fā)明具有微型化的優(yōu)點。
[0023]3、本發(fā)明對于微藻活性的判別是通過檢測微藻自身熒光信息進行的，這些熒光信息是與其活性密切相關(guān)的內(nèi)在探針，這樣無需對微藻進行外部標記，不僅能夠克服外部標記過程中帶來的誤差、操作復雜、耗時等缺點，更重要的是這種利用微藻自身內(nèi)在探針的免標記方法具有普適性。
[0024]4、本發(fā)明通過檢測微藻自身熒光信號強度自動完成對微藻活性的區(qū)分，操作簡單，克服了傳統(tǒng)方法中人工計數(shù)時帶來的人為因素影響、誤差以及對操作人員須具備豐富的水生生物學知識的要求。
[0025]5、本發(fā)明的平臺為暗室結(jié)構(gòu)，能有效排除激發(fā)光之外其余雜散光的干擾，光激發(fā)組件優(yōu)選為固定在平臺內(nèi)或通過密封結(jié)構(gòu)與平臺連接，其目的在于使平臺不透光。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]本發(fā)明共有附圖3幅，其中:
[0027]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為帶有微閥的微流控芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3為不同溫度下扁藻活性強弱檢測結(jié)果。
[0030]圖中:1、微流控芯片，2、光檢測組件，3、數(shù)據(jù)處理組件，4、光激發(fā)組件，5、平臺，6、微閥控制組件，7、聚二甲基硅氧烷，8、樣品儲液池，9、鞘液儲液池，10、樣品通道，11、鞘液通道，12、檢測通道，13、檢測區(qū)域，14、廢液儲液池，15、電力驅(qū)動組件，16、微閥，17、玻璃片。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步地描述。如圖1-2所示，一種船舶壓載水處理過程分析的裝置，包括平臺5、微流控芯片1、電力驅(qū)動組件15、微閥控制組件6、光激發(fā)組件
4、光檢測組件2和數(shù)據(jù)處理組件3，所述平臺5為暗室結(jié)構(gòu)，光激發(fā)組件4與平臺5連接，微流控芯片I和光檢測組件2固定在平臺5內(nèi)，驅(qū)動組件6與微流控芯片I連接，光檢測組件2與數(shù)據(jù)處理組件3連接；
[0032]所述的微流控芯片I由玻璃片17和固定在玻璃片上的聚二甲基硅氧烷7組成，所述聚二甲基硅氧烷7表面設(shè)有若干個樣品儲液池8、兩個鞘液儲液池9和一個廢液儲液池14，樣品儲液池8設(shè)有與樣品儲液池8連通的樣品通道10，且樣品通道10內(nèi)設(shè)有微閥16，鞘液儲液池9設(shè)有與鞘液儲液池9連通的鞘液通道11，廢液儲液池14設(shè)有與廢液儲液池14連通的檢測通道12，樣品通道10和鞘液通道11交匯后與檢測通道12連通，檢測通道12設(shè)有檢測區(qū)域13，樣品儲液池8、鞘液儲液池9和廢液儲液池14設(shè)有電力驅(qū)動組件15 ；
[0033]所述的微流控芯片I中的樣品儲液池8及樣品通道10可設(shè)若干個，本實施例所采用的的微流控芯片I設(shè)有三個樣品儲液池8及三個樣品通道10。
[0034]一種船舶壓載水處理過程的分析方法，包括如下步驟:
[0035]①將IOyL鞘液加入到鞘液儲液池9，將三份I μ L船舶壓載水分別加入到三個樣品儲液池8。配制好不同濃度(5、10、20mg/L)的反應試劑(如次氯酸鈉)。開啟光激發(fā)組件4、光檢測組件2、數(shù)據(jù)處理組件3、鞘液儲液池的驅(qū)動組件15，使鞘液沿著鞘液通道11經(jīng)過檢測通道12流向廢液儲液池14。
[0036]②開啟樣品儲液池的驅(qū)動組件15和微閥控制組件6，由微閥控制組件6來自動控制三個樣品通道10內(nèi)的微閥16的開放和關(guān)閉。此對比實驗控制相同的處理時間和檢測時間，先將濃度為5mg/L的反應試劑(如次氯酸鈉)加入到第一個樣品儲液池8，此后，每隔
1.2h往另外兩個樣品儲液池內(nèi)分別加入10mg/L、20mg/L的反應試劑(如次氯酸鈉)。
[0037]③第一個樣品儲液池8內(nèi)的液體處理Ih之后，由微閥控制組件6自動控制第一個樣品通道10內(nèi)的微閥16開啟(開始計時Omin)，使第一個樣品儲液池8內(nèi)的液體沿著樣品通道10經(jīng)過檢測通道12流向廢液儲液池14，船舶壓載水中微藻經(jīng)過檢測區(qū)域13時微藻單細胞內(nèi)葉綠素被激發(fā)光激發(fā)產(chǎn)生瞬時光子輻射。檢測IOmin后，微閥控制組件6自動控制第一個樣品通道10內(nèi)的微閥16關(guān)閉，此時鞘液流經(jīng)檢測通道12將第一個樣品儲液池8內(nèi)的液體清理掉。第12min時，開啟第二個樣品通道10內(nèi)的微閥16，相同的檢測時間及清理時間后，再開啟第三個樣品通道內(nèi)10的微閥16，做相同的檢測。
[0038]④通過脈沖信號的強弱和數(shù)量，獲取三組船舶壓載水中微藻活性強弱和微藻數(shù)量。
[0039]⑤將上述的船舶壓載水樣品用相同濃度10mg/L的反應試劑(如次氯酸鈉)處理不同的時間。即同時將反應試劑和壓載水樣品分別加入到三個樣品儲液池內(nèi)，而后通過上述步驟③進行檢測，當樣品經(jīng)過檢測區(qū)域13時，通過脈沖信號的強弱和數(shù)量，獲取三組船舶壓載水中微藻活性強弱和微藻數(shù)量。
【權(quán)利要求】
1.一種船舶壓載水處理過程的分析裝置，其特征在于:包括平臺(5)、微流控芯片(I)、驅(qū)動組件、微閥控制組件出)、光激發(fā)組件(4)、光檢測組件(2)和數(shù)據(jù)處理組件(3)，所述平臺(5)為暗室結(jié)構(gòu)，光激發(fā)組件(4)與平臺(5)連接，微流控芯片(I)和光檢測組件(2)固定在平臺(5)內(nèi)，驅(qū)動組件與微流控芯片(I)連接，光檢測組件(2)與數(shù)據(jù)處理組件(3)連接；所述的微流控芯片(I)是帶有微閥(16)的微流控芯片(I)； 所述的微流控芯片(I)由玻璃片(17)和固定在玻璃片(17)上的聚二甲基硅氧烷(7)組成，所述聚二甲基硅氧烷(7)表面設(shè)有若干個樣品儲液池(8)、若干個鞘液儲液池(9)和若干個廢液儲液池(14)，樣品儲液池(8)設(shè)有與樣品儲液池(8)連通的樣品通道(10)，且樣品通道(10)內(nèi)設(shè)有微閥(16)，鞘液儲液池(9)設(shè)有與鞘液儲液池(9)連通的鞘液通道(11)，廢液儲液池(14)設(shè)有與廢液儲液池(14)連通的檢測通道(12)，樣品通道(10)和鞘液通道(11)交匯后與檢測通道(12)連通，檢測通道(12)設(shè)有檢測區(qū)域(13)，樣品儲液池(8)、鞘液儲液池(9)和廢液儲液池(14)設(shè)有驅(qū)動組件； 所述的微閥控制組件(6)用于控制微流控芯片⑴樣品通道(10)內(nèi)微閥(16)自動開放和關(guān)閉，由計算機軟件控制； 所述的光激發(fā)組件(4)的光斑所覆蓋區(qū)域布滿微流控芯片(I)的檢測區(qū)域(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶壓載水處理過程的分析裝置，其特征在于:所述的驅(qū)動組件為壓力驅(qū)動組件或電力驅(qū)動組件(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的一種船舶壓載水處理過程的分析裝置，其特征在于:所述的光激發(fā)組件(4)為固定在平臺(5)內(nèi)或通過密封結(jié)構(gòu)與平臺(5)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶壓載水處理過程的分析裝置，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)處理組件(3)采用微處理器，光檢測組件(2)采用光電倍增管或單光子計數(shù)模塊。
5.一種船舶壓載水處理過程的分析裝置及其分析方法，其特征在于:包括如下步驟: A、將鞘液加入到鞘液儲液池(9)，將反應試劑和船舶壓載水加入到樣品儲液池(8)，開啟光激發(fā)組件(4)、光檢測組件(2)、數(shù)據(jù)處理組件(3)和鞘液儲液池(9)的驅(qū)動組件，使鞘液沿著鞘液通道(11)經(jīng)過檢測通道(12)流向廢液儲液池(14)； B、開啟樣品儲液池(8)的驅(qū)動組件和微閥控制組件(6)，由微閥控制組件(6)自動控制所有樣品通道(10)內(nèi)微閥(16)的開放和關(guān)閉，當某一樣品通道(10)內(nèi)的微閥(16)開啟時，使對應的樣品儲液池(8)內(nèi)的液體沿著樣品通道(10)經(jīng)過檢測通道(12)流向廢液儲液池(14)，而其他樣品通道(10)內(nèi)的微閥(16)呈關(guān)閉狀態(tài)；船舶壓載水中微藻經(jīng)過檢測區(qū)域(13)時微藻單細胞內(nèi)葉綠素被激發(fā)光激發(fā)產(chǎn)生瞬時光子輻射； C、通過脈沖信號的強弱和數(shù)量，獲取船舶壓載水中微藻活性強弱和微藻數(shù)量。
【文檔編號】G01N21/64GK104007096SQ201410249765
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】王俊生, 潘新祥, 孫野青, 李冬青 申請人:大連海事大學