大腸桿菌電化學快速檢測裝置的製作方法
2023-05-23 08:25:56
專利名稱：大腸桿菌電化學快速檢測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及生物分析化學和傳感技術領域，尤其涉及一種採用電化學 安培檢測技術快速測定大腸桿菌的可攜式儀器。
背景技術：
大腸桿菌是人和動物腸道中的常居菌，常隨人及動物糞便一塊排出，廣泛 分布於食品、飲用水和空氣等人類賴以生存的環境中。感染了部分大腸桿菌會 引起腹膜炎、膽囊炎、膀胱炎等，免疫能力下降的病人還可引起敗血症。因此， 在國際上通常採用總大腸桿菌群數作為水質、食物的衛生學指標。目前，國內 外大多數機構對大腸桿菌的檢測都採用傳統方法，主要包括平板稀釋法、多管 發酵法和濾膜法等，這些方法具有測定結果準確、重現性好等優點，但需要大 量的玻璃儀器，以及超靜臺和恆溫搖床等大型儀器，且操作過程繁瑣，培養時
間長達1-3天，難以及時控制汙染源的傳播。 發明內容
本實用新型所要解決的技術問題提供一種能夠快速、準確地檢測大腸桿菌且 便於攜帶的大腸桿菌電化學快速檢測裝置。
本實用新型所採用的技術方案是一種大腸桿菌電化學快速檢測裝置，包括-電化學傳感器用於產生與大腸桿菌的濃度成正比的電流信號； 電化學分析儀輸入端與電化學傳感器的輸出端相連接，用於為電化學傳
感器提供工作電壓，並將電化學傳感器產生的電流信號轉換成數位訊號後輸
出；
計算機與電化學分析儀的輸出端相連，對電化學分析儀輸出的數位訊號 進行處理，計算出大腸桿菌的濃度。
上述的大腸桿菌電化學快速檢測裝置，其中，電化學傳感器包括工作電極、
輔助電極、參比電極、電解池、磁力攪拌器、攪拌子及支架；工作電極、輔助 電極、參比電極及電解池由支架固定，工作電極、輔助電極和參比電極的一端 伸入電解池內，另一端通過電極線與電化學分析儀的輸入端相連；電解池放置 在磁力攪拌器上，攪拌子置於電解池的底部。
上述的大腸桿菌電化學快速檢測裝置，其中，工作電極為修飾全氟磺酸離 子交換樹脂的玻碳電極，輔助電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極或銀/氯 化銀電極。
上述的大腸桿菌電化學快速檢測裝置，其中，計算機為可攜式計算機。 本實用新型的有益效果是
1、 本實用新型基於電化學傳感器檢測大腸桿菌，能夠實現快速檢測大腸桿菌 的濃度，整個檢測過程可在5個小時以內完成。
2、 本實用新型採用了全氟磺酸離子交換樹脂(Nafion)化學修飾電極，能 夠大大地增強電極所輸出的電流信號，提高了檢測靈敏度。
3、 本實用新型大腸桿菌電化學快速檢測裝置的工作電極、輔助電極、參比電 極、電解池、攪拌器、攪拌子、支架、小型電化學分析儀和計算機可以拆開存放於 手提箱裡，用時易於臨時組裝，實現了檢測裝置的隨身攜帶。
4、 本實用新型的電化學分析儀與計算機連用，既方便了測定數據的存儲、査 詢，也便於數據的處理、分析。
5、 本實用新型的大腸桿菌電化學快速檢測裝置結構緊湊，製造方便。
圖1為本實用新型的大腸桿菌電化學快速檢測裝置的原理框圖2為本實用新型的大腸桿菌電化學快速檢測裝置的結構示意圖。
圖中1.電化學傳感器2.電化學分析儀21. 3.計算機4.電纜ll.輔助電極
12.工作電極13.參比電極14.電極線15.支架16.攪拌子17.磁力攪拌器18.電
解池151.立柱152.水平支架153.凸塊154.進樣口
具體實施方式
如圖l所示，本實用新型的大腸桿菌電化學快速檢測裝置包括電化學傳感器l、
電化學分析儀2和計算機3。電化學傳感器1的輸出端與電化學分析儀2的輸入端相 連，電化學分析儀2的輸出端與計算機3相連。電化學傳感器l包括輔助電極11、 工作電極12、參比電極13、支架15、攪拌子16、磁力攪拌器17和電解池18。 支架15包括立柱151和水平支架152，立柱151固定設置在磁力攪拌器17上， 水平支架152套設在立柱151上，其高度可通過旋鈕進行上下調節。在水平支 架152的下部設有一與電解池18的口部形狀相匹配的凸塊153，凸塊153嵌入 電解池18的口部，將電解池固定。輔助電極11、工作電極12和參比電極13 的一端穿過水平支架152及凸塊153伸入電解池18內，另一端通過電極線14 與電化學分析儀2的輸入端相連，較佳的是，輔助電極ll和參比電極13分別 設置在工作電極12的兩側。電解池18放置在磁力攪拌器17上，攪拌子16設 置在電解池18的底部。當磁力攪拌器17開機工作時，攪拌子16因受到電磁 感應力的作用而開始轉動、攪拌，起到促進電解液流動、加速電化學反應的作 用。在水平支架152和凸塊153上還開設有用於將化學試劑加入電解池18中 的進樣口 154。
下面再對本實用新型的大腸桿菌電化學快速檢測裝置的工作原理及工作 過程進行進一步的說明。
本實用新型基於以下的工作原理大腸桿菌溶液在異丙基硫代-e-D-半乳
糖苷的誘導培養下，代謝產生D-半乳糖苷酶，D-半乳糖苷酶催化水解底
物對氨基酚-e-D-半乳糖苷產生對氨基酚，對氨基酚在一定的電位下被氧化，
同時在工作電極上產生電流信號，產生的電流信號與大腸桿菌的濃度成正比， 這種方法將檢測時間由常規法的兩天時間縮短了至5個小時以內。
在使用本實用新型時，先要製備出適合於進行電化學反應的大腸桿菌溶 液。其工藝過程為先將含有大腸桿菌的水樣通過濾膜過濾後，將濾膜置於含 有LB培養液的錐形瓶中，加入異丙基硫代-P-D-半乳糖苷，恆溫培養數小時 後得到大腸桿菌溶液。
將上述大腸桿菌溶液倒入本實用新型的電解池18，開啟磁力攪拌器17， 使攪拌子16以一定的速度均勻攪拌，通過電化學分析儀2在工作電極12上施 加一定的工作電壓，用微量進樣器把底物溶液(對氨基酚-e-D-半乳糖苷)從 進樣口 154注入電解池18的大腸桿菌溶液內，此時，在工作電極12上產生相應的電流信號，該電流信號通過電極線14傳輸到電化學分析儀2，通過放大、
模數轉換獲得數位訊號，該數位訊號通過電纜4被傳輸至計算機3。在計算機 3上安裝有電化學分析儀的數據處理軟體，利用該軟體對電化學分析儀輸出的 數位訊號進行處理，可計算出大腸桿菌的濃度。
本實用新型的電化學分析儀選用具有微分脈衝伏安法、循環伏安法和電流 一時間曲線法的功能的小型電化學分析儀。計算機選用可攜式計算機。
優選地，本實用新型的工作電極採用修飾全氟磺酸離子交換樹脂的玻碳電 極，大大地增強了電極所輸出的電流信號，提高了檢測靈敏度。本實用新型的輔 助電極可採用鉑電極，參比電極採用飽和甘汞電極或銀/氯化銀電極。
實施例1:
某生活汙水廠汙水中大腸桿菌濃度的測定。第一步把1L的生活汙水用 濾膜過濾。第二步將濾膜放入lOmL培養液中。在上述第二步中，加入的異 丙基硫代-P-D-半乳糖苷的濃度為2.0X10—4mol/L，採用的培養時間為3小時。 第三步培養結束後，將溶液倒入電解池中。在第三步中，採用工作電極為修
飾全氟磺酸離子交換樹脂的玻碳電極，通過計算機啟動，並控制小型電化學分
析儀向工作電極施加電壓為+0. 10V，加入對氨基酚-半乳糖苷濃度為5.0 X10—4 mol/L，採用電流一時間曲線法檢測電流的變化值為138 nA。工作曲線 的線性擬合方程為y = 1.210 x - 1.394，其中x值為大腸桿菌濃度的對數， y值為電流變化值的對數，得到大腸桿菌濃度為835 cfu/mL。 實施例2:
某屠宰場排放水中大腸桿菌濃度的測定。第一步把500 mL汙水溶液用 濾膜過濾。第二步將濾膜放入IO raL培養液中。在上述第二步中，採用的培 養時間為2.5小時，加入的異丙基硫代-3-D-半乳糖苷的濃度為1.5X10—4 mol/L。第三步培養結束後，將溶液倒入電解池中。在第三步中，採用工作 電極為光玻碳電極，通過計算機啟動，並控制小型電化學分析儀向工作電極施 加電壓為+0.10 V，加入對氨基酚-e-D-半乳糖苷濃度為1.0 X10—5mol/L， 採用計時電流技術檢測電流的變化值為378 nA。工作曲線的線性擬合方程為 y = 1.156 x - 1.429，其中x值為大腸桿菌濃度的對數，y值為電流變化值的 對數，得到大腸桿菌濃度為3891 cfu/mL。本實用新型基於電化學傳感器檢測大腸桿菌，能夠實現快速檢測大腸桿菌的 濃度，整個檢測過程可在5個小時以內完成。此外，本實用新型的電化學傳感器、 電化學分析儀及計算機可存放於手提箱裡，用時易於臨時組裝，攜帶、使用都十分 方便。
權利要求1.一種大腸桿菌電化學快速檢測裝置，其特徵在於，包括電化學傳感器用於產生與大腸桿菌的濃度成正比的電流信號；電化學分析儀輸入端與所述電化學傳感器的輸出端相連接，用於為所述電化學傳感器提供工作電壓，並將電化學傳感器產生的所述電流信號轉換成數位訊號後輸出；計算機與所述電化學分析儀的輸出端相連，對電化學分析儀輸出的數位訊號進行處理，計算出大腸桿菌的濃度。
2. 如權利要求l所述的一種大腸桿菌電化學快速檢測裝置，其特徵在於， 所述電化學傳感器包括工作電極、輔助電極、參比電極、電解池、磁力攪拌器、 攪拌子及支架；所述工作電極、輔助電極、參比電極及電解池由所述支架固定， 工作電極、輔助電極和參比電極的一端伸入電解池內，另一端通過電極線與所 述電化學分析儀的輸入端相連；所述電解池放置在所述磁力攪拌器上，所述攪 拌子置於電解池的底部。
3. 如權利要求2所述的一種大腸桿菌電化學快速檢測裝置，其特徵在於， 所述支架包括立柱和水平支架，所述立柱固定設置在所述磁力攪拌器上，所述 水平支架可升降地套設在所述立柱上，在水平支架的下部設有一與所述電解池 的口部形狀相匹配的凸塊，所述凸塊嵌入電解池的口部，將所述電解池固定； 所述工作電極、輔助電極和參比電極的一端穿過水平支架及凸塊伸入電解池 內，在水平支架和凸塊上還開設有用於將化學試劑加入電解池中的進樣口。
4. 如權利要求3所述的一種大腸桿菌電化學快速檢測裝置，其特徵在於， 所述輔助電極和所述參比電極分別設置在所述工作電極的兩側。
5. 如權利要求2所述的一種大腸桿菌電化學快速檢測裝置，其特徵在於， 所述工作電極為修飾全氟磺酸離子交換樹脂的玻碳電極。
6. 如權利要求2所述的一種大腸桿菌電化學快速檢測裝置，其特徵在於， 所述輔助電極為鉑電極。
7. 如權利要求2所述的一種大腸桿菌電化學快速檢測裝置，其特徵在於， 所述參比電極為飽和甘汞電極或銀/氯化銀電極。
8.如權利要求l所述的一種大腸桿菌電化學快速檢測裝置，其特徵在於， 所述計算機為可攜式計算機。
專利摘要本實用新型公開了一種大腸桿菌電化學快速檢測裝置，包括電化學傳感器、電化學分析儀和計算機。電化學傳感器用於產生與大腸桿菌的濃度成正比的電流信號；電化學分析儀的輸入端與電化學傳感器的輸出端相連接，用於為電化學傳感器提供工作電壓，並將電化學傳感器產生的電流信號轉換成數位訊號後輸出；計算機與電化學分析儀的輸出端相連，對電化學分析儀輸出的數位訊號進行處理，計算出大腸桿菌的濃度。本實用新型能夠實現快速檢測大腸桿菌的濃度，整個檢測過程可在5個小時以內完成，此外，便於攜帶，尤其適合現場檢測。
文檔編號G01N27/416GK201177612SQ20072007297
公開日2009年1月7日 申請日期2007年7月27日 優先權日2007年7月27日
發明者劉亞軍, 曲雲鶴, 程欲曉, 賀 許, 金利通, 黃晶晶 申請人:華東師範大學