[发明专利]一种快速监测水中藻类和细菌含量的测试装置及方法

说明书

本发明提出一种快速监测水中藻类和细菌的方法。所述方法包括微生物样品的制备和微波检测两个主体部分。对于同一组分、不同浓度的样品溶液，其介电常数不同，当微波与不同浓度的样品相互作用时，微波信号特征参数会发生变化。本发明选取插入损耗参数(S₁₁)为特征量，通过分析特征S₁₁参数曲线特征峰的峰值和位置的变化，从而对水体中的细菌和藻类进行快速分析。本发明提供的一种检测水体中的细菌和藻类的方法具有成本低廉、样品的前处理方法简单、检测速度快，检测时间短等优势，是一种新型的快速监测水中细菌和藻类的技术。

技术领域

本发明属于水生态污染监测领域，涉及一种快速监测水中藻类和细菌含量的测试装置及方法。

背景技术

淡水生态系统在维持生态环境方面发挥着关键作用。它常常受人为和自然灾害的影响，这会对人类健康，自然资源和一般生态系统产生不利影响。其中藻类和细菌对淡水系统影响较大，进而对人体健康造成危害。富营养化是水体中的主要环境问题，可造成多方面的危害，尤其严重影响城镇居民的生活饮用水处理。富营养化给水处理带来的主要问题是由藻类和有机物引起的。一般而言，水中的藻类有数千种,对饮用水有较大危害的主要有蓝藻，绿藻，硅藻等。藻类可使饮用水产生臭和味，并产生有害物质，对人体危害较大。水中的细菌种类较多，世界上有80％的疾病与水体被寄生虫、病毒、病菌污染有关。饮用水中的细菌可引起伤寒、霍乱、细菌性痢疾、甲型肝炎等传染性疾病。因此，寻找有效的细菌和微生物检测方法对于有效降低水污染和保护人体健康具有重要意义。目前，对于水中细菌的监测方法一般是细胞培养法，但是该方法操作复杂、特异性不强、所需时间长、不能及时反映水质安全问题。对于水中藻类的监测方法一般有显微镜法、可见分光光度法等，显微镜法需要采用人工分析、工作量较大、重现性不好等缺点。而可见分光光度法受细胞生长和生理状态的影响。目前这些方法一般成本比较昂贵并且耗时，不能够做到对水体污染物的实时监测，从而错过宝贵的预防监测时间。

微波是无线波中波长最短的波段，频率为30MHz～300GHz。利用微波透射过电介质物质时，与被测物质相互作用，根据微波信号参数的变化，可以推导出被检物质的类型和含量等相关信息，微波检测手段常用于检测粮食中的水分含量。但没有具体技术公开过将其应用于分析监测水中藻类和细菌含量的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种快速实时监测水中藻类和细菌的方法。对于同一组分、不同浓度的样品的生长状态不同，其介电常数不同，当微波与样品相互作用时，微波信号特征参数会发生变化。本发明选取回波损耗参数S₁₁为特征量，通过分析S₁₁参数的数值变化，从而对废水体系中的细菌和藻类进行监测。

具体技术方案为：一种快速监测水中藻类和细菌含量的测试装置，该装置用于测量样品溶液的回波损耗参数S₁₁曲线，实现快速监测水中藻类和细菌；该测试装置包括印刷电路板微波传感器、矢量网络分析仪、计算机和测试连接线；所述的印刷电路板微波传感器包括两个SMA接头和PCB板；PCB板上刻蚀凹槽形成样品室，凹槽的两端分别与两个SMA接头通过点焊接方式连接，SMA接头的另一侧分别通过测试连接线与矢量网络分析仪连接；计算机与矢量网络分析仪连接，进行数据采集与计算分析；样品室内均匀铺满待测样品，确保每次滴入样品室的样品量相同。

进一步地，上述PCB板的两面分别镀铜层，其中一面铜层通过光刻腐蚀方法制成凹槽形成样品室。

进一步地，上述的SMA接头尺寸为35mm。

采用上述测试装置快速监测水中藻类和细菌含量的方法，包括以下步骤:

第一步，准备测试仪器，采集数据将计算机与矢量网络分析仪相连，获取测试仪器数据；将测试连接线与矢量网络分析仪对应端口相接，用标准校准件对矢量网络分析仪进行全双端口校正，校正完毕后保存校正数据到矢量网络分析仪中；

第二步，将待测样品滴入到测试区内；