Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗАТОР КОНЦЕНТРАЦИИ БАКТЕРИЙ В ВОДНОЙ СРЕДЕ
ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗАТОР КОНЦЕНТРАЦИИ БАКТЕРИЙ В ВОДНОЙ СРЕДЕ

ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗАТОР КОНЦЕНТРАЦИИ БАКТЕРИЙ В ВОДНОЙ СРЕДЕ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Назначение: экспресс-анализатор концентрации бактерий в водной среде относится к области бактериологического анализа водных растворов и суспензий и может быть использован для бактериологического экспресс-анализа воздушной среды, питьевой и сточной воды, а также в качестве датчика концентрации бактерий в системах автоматического контроля и регулирования в микробиологической промышленности. Сущность изобретения: Экспресс-анализатор содержит светонепроницаемый кожух, кювету или проточную оптическую ячейку, фотоприемник - телевизионную камеру, блок сравнения, программируемый блок памяти темно-красного цвета, электрический счетчик количества бактерий кишечной палочки розового цвета, электрический счетчик прозрачных бактерий кишечной палочки, сумматор-вычислитель коли-индекса, вычислитель коли-титра, блок индикации, цифро-аналоговый преобразователь. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2103369
Класс(ы) патента: C12Q1/06
Номер заявки: 96108874/13
Дата подачи заявки: 06.05.1996
Дата публикации: 27.01.1998
Заявитель(и): Хохлов Виктор Васильевич
Автор(ы): Хохлов Виктор Васильевич
Патентообладатель(и): Хохлов Виктор Васильевич
Описание изобретения: Изобретение относится к области бактериологического анализа водных растворов и суспензий и может быть использовано для бактериологического экспресс-анализа воздушной среды, питьевой и сточной воды, а также в качестве датчика концентрации бактерий в системах автоматического контроля и регулирования в микробиологической промышленности.
Известны способы и устройства для определения концентрации бактерий в водных растворах и суспензиях:
(см. патент PCT N 85/04477 МКИ G 01 N 9/00, C 12 M 1/34, а.с. СССР N 1214756 МКИ C 12 Q 1/06, патент США N 4528270 МКИ C 12 Q 1/04, 1/06, а.с. СССР N 1382848 МКИ C 12 Q 1/00, патент ЕПВ N 0244148 МКИ C 12 G 1/06, патент Японии N 0261984 МКИ C 12 Q 1/04, G 01 N, а.с. СССР N 1231077 МКИ C 12 N 1/00. "Изобретения стран мира" 1986 - 1992 гг., прибор "Анализатор микросканирующий-лабораторный АМС-ЛОО1с" производство РФ НПО "ИНЭК" г. Новосибирск 1992 г).
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство, описанное в а. с. СССР N 1214756 МКИ C 12 Q 1/06 "Изобретения стран мира", N 6, 1986 г.
Устройство для определения концентрации микроорганизмов, содержащее светонепроницаемый кожух, реакционную кювету, дозатор, фотоприемник и усилитель-дискриминатор, подключенный к фотоприемнику, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено синхродатчиком, коммутатором, интеграторами, блоком памяти, блоком управления, таймером и блоком вычислителя, при этом выходы синхродатчика подключены к входу дозатора и к входам таймера и интеграторов, выход усилителя-дискриминатора соединен с информационным входом коммутатора, управляющие входы которого и вход блока управления соединены с выходом таймера, выходы коммутатора соединены с входами интеграторов, выходы последних подключены к информационным входам соответствующих блоков памяти и информационному входу блока вычислителя, выходы блоков памяти соединены с информационным входом блока вычислителя, выходы блока управления связаны с входами интеграторов, блоков памяти и блока вычислителя.
Это устройство содержит реакционную кювету, в которой находится водная среда с бактериями, дозатор, для регулирования подачи в реакционную кювету некоторого количества химических люминесцентных индикаторов, а также фотоприемник, для регистрации интенсивности люминесцентного излучения, которое образуется в результате химической реакции бактериальной среды с дозируемым химическим люминесцентным индикатором, и по линейной зависимости интенсивности люминесценции от количества люминесцирующих бактерий, определяют их концентрацию в водной среде [1, 2].
По определению [1] люминесценция - это свечение вещества возникающее после поглощения им энергии возбуждения, представляет собой избыточное излучение по сравнению с тепловым излучением тела при данной температуре.
В этом устройстве используется люминесценция бактерий - искусственно вызванное свечение бактерий, избыточное излучение по сравнению с естественным тепловым излучением, вызванным дыханием бактерий. Из [1] стр. 306 и [2] стр. 23 известно, что линейная зависимость интенсивностилюминесцен3ции от количества люминесцирующего вещества-бактерий наблюдается до определенной концентрации вещества-бактерий. При дальнейшем увеличении концентрации вещества-бактерий, а также при повышении температуры, изменении pH, наличие примесей (в т.ч. кислорода O2), наблюдается уменьшение выхода люминесценции - тушение ее, т.е. имеет место отклонение от линейной зависимости, поэтому погрешность определения концентрации бактерий будет достаточно большой.
Технической задачей настоящего изобретения является получение фотоприемником-телевизионной камерой электрического сигнала - видеосигнала строчной развертки от спектра длин волн теплового излучения, вызванного дыханием бактерий, находящихся в кювете с водной средой или в проточной оптической ячейке закрытой светонепроницаемым кожухом, и выделение из видеосигнала и количественный подсчет импульсных электрических сигналов, соответствующих концентрации бактерий кишечной палочки, указанных в ГОСТ 18963-73 п. 4.2.8., темно-красного, розового цвета и прозрачных бактерий, для определения и индикации коли-индекса и коли-титра, а также получение стандартного электрического сигнала пропорционального коли-индексу.
Коли-индекс - количество бактерий кишечной палочки в 1л (1000 мл) воды.
Коли-титр - это наименьший объем воды в милилитрах, в котором еще обнаруживается одна кишечная палочка.

Технический результат выражается в повышении точности измерения.
Это достигается тем, что в экспресс-анализатор концентрации бактерий в водной среде, содержащий светонепроницаемый кожух, оптическую ячейку, фотоприемник и блок памяти, дополнительно введен блок сравнения, не менее одного счетчика бактерий, блок вычисления коли-индекса, блок вычисления коли-титра, цифро-аналоговый преобразователь и блок индикации, в качестве фотоприемника использована телевизионная камера, выход которой соединен с первым входом блока сравнения, другие входы которого соединены с выходами программируемого блока памяти, выходы блока сравнения соединены с входами счетчиков бактерий, выходы которых соединены с входами блока вычисления коли-индекса, первый выход которого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, второй выход с первым входом блока индикации, третий выход с входом блока вычисления коли-титра, выход которого соединен с вторым входом блока индикации, оптическая ячейка выполнена проточной, в виде кюветы, первый, из трех счетчиков бактерий, предназначен для определения количества бактерий кишечной палочки темно-красного цвета, второй предназначен для определения количества бактерий кишечной палочки розового цвета, а третий предназначен для определения количества прозрачных бактерий кишечной палочки.
Экспресс-анализатор (см. фиг. 1) содержит светонепроницаемый кожух 1, кювету или проточную оптическую ячейку 2, телевизионную камеру 3, блок сравнения 4, программируемый блок памяти 5, электрический счетчик 6 количества бактерий кишечной палочки темно-красного цвета, электрический счетчик 7 количества бактерий кишечной палочки розового цвета, электрический счетчик 8 количества прозрачных бактерий кишечной палочки, сумматор-вычислитель коли-индекса 9, вычислитель коли-титра 10, блок индикации 11, цифро0аналоговый преобразователь 12, выходной стандартный электрический сигнал 13.
Из [5] стр. 268 - 271 известно, что в микробиологии под термином "дыхание" бактерий подразумевается биологическое окисление, сопровождающееся выделением энергии. Любой процесс биологического окисления в бактериальной клетке представляет собой модификацию химических реакций одного из следующих типов:
а) прямое окисление, происходящее при участии кислорода;
б) непрямое окисление, происходящее без участия кислорода.
Примером кислородного дыхания может служить процесс окисления глюкозы до воды и углекислого газа C6H12O6 + 6O2 _→ CO2+ 6H2O + 688,5 ккал .
Дыхание анаэробов идет без участия кислорода. При этом выделяется гораздо меньше энергии, чем при кислородном дыхании
C6H12O6 __→ 2C2H5OH + 2CO2+ 31,2 ккал .
В процессе нитрификации азот аммонийных солей окисляется в азотистокислые соли (нитриты) и в азотнокислые (нитраты). Процесс этот идет в две фазы под влиянием двух типов микроорганизмов. Возбудителем первой фазы являются нитритные бактерии - род Nitrosomonas
2NH3 + 3O2 _→ 2HNO2+ 2H2O + 158 ккал .
Вторая фаза - окисление нитритов в нитраты осуществляется нитратными бактериями - род Bact. nitrobacter
2HNO2 + O2 _→ 2HNO3+ 43 ккал .
Таким образом при дыхании нитритных бактерий выделяется энергии - 158 ккал/моль, а нитратных - 43 ккал/моль.
Из [2] стр. 23 известно, что связь между длиной волны и энергией химических реакций выражается формулой
.
Поэтому для нитратных бактерий с Δ = 43 ккал/моль длина волны λ = 660 нм, а для нитритных бактерий с Δ = 158 ккал/моль длина волны λ = 180 нм.
На фиг. 2 приведена шкала цветов видимого спектра. Ограниченные штриховыми линиями граничные длины волн условны, в действительности каждый цвет постепенно переходит в следующий. Таким образом каждому цветовому тому соответствует определенная (доминирующая) длина волны λ [3].
На фиг. 3 видно, что каждому цвету (длине волны λ ) соответствует свой уровень видеосигнала Uвс. [3].
На фиг. 4 показано образование видеосигнала строчной развертки от участка изображения анализируемой водной среды. 1, 2 - видеосигнал Uстр. первый и второй строки; 3 - различные виды живых (дышащих) бактерий; Tс - период строчной развертки; 4 - участок изображения анализируемой водной среды.
Для измерения количества дышащих (излучающих тепловую энергию с длинами волн λ1, λ2, λ3 ) бактерий, находящихся на интересующем нас участке анализируемой водной среды, с помощью телевизионной камеры получают видеосигнал строчной развертки Uстр. от этого участка (см. фиг. 4) и непрерывно во времени сравнивают с тестовыми электрическими сигналами U1, U2, U3, которые соответствуют дышащим (излучающим тепловую энергию с длинами волн λ1, λ2, λ3 ) бактериями. Если видеосигнал Uстр. совпадает с одним из тестовых электрических сигналов U1, U2, U3, то на выходе блока сравнения появится импульсный электрический сигнал, который подают на электрические счетчики количества тех или иных бактерий, излучающих соответствующие длины волн λ1, λ2, λ3 .
Таким образом один электрический счетчик считает N1 = nU1 - количество бактерий излучающих длину волны λ1 , другой электрический счетчик считает N2 = nU2 - количество бактерий, излучающих длину волны λ2 , и третий электрический счетчик считает N3 = nU3 количество бактерий, излучающих длину волны λ3 , где n = 0, 1, 2, 3 ... k, а сумматор-вычислитель определяет по формуле
- количество бактерий в единице объема воды.
Предлагаемый экспресс-анализатор (фиг. 1) работает следующим образом.
Фотоприемником - телевизионной камерой 3 преобразовывают спектр длин волн теплового излучения дыхание бактерий, находящихся в кювете или проточной оптической ячейке 2, закрытой светонепроницаемых кожухом 1, в электрический сигнал изображения - видеосигнал строчной развертки Uстр. (фиг.4), который подают на вход блока сравнения 4, на другие входы которого подают тестовые электрические сигналы с выходов программируемого блока памяти 5. В программируемый блок памяти 5 записывают программным методом и хранят тестовые электрические сигналы U1, U2, U3, которые соответствуют тепловому излучению дыхания бактерий кишечной палочки темно-красного цвета с длиной волны λ1 розового цвета с длиной волны λ2 и прозрачным бактериям кишечной палочки с длиной волны λ3 . В блоке сравнения 4 видеосигнал строчной развертки Uстр. непрерывно времени сравнивают с тестовыми электрическими сигналами U1, U2, U3. Если видеосигнал строчной развертки Uстр. и тестовый электрический сигнал U1 совпадают друг с другом, то с одного из выходов блока сравнения 4 подают импульсный электрический сигнал на вход электрического сигнала 6 количества N1 = nU1 бактерий кишечной палочки темно-красного цвета с длиной волны λ1 если видеосигнал Uстр. совпадает с тестовым электрическим сигналом U2, то с другого выхода блока сравнения 4 подают импульсный электрический сигнал на вход электрического счетчика 7 количества N2 = nU2 бактерий кишечной палочки розового цвета с длиной волны λ2 и, если видеосигнал Uстр. совпадает с тестовым электрическим сигналом U3, то с третьего выхода блока сравнения 4 подают импульсный электрический сигнал на вход электрического счетчика 8 количества N3 = nU3 прозрачных бактерий кишечной палочки с длиной волны λ3 . С выходов электрических счетчиков 6, 7, 8, электрические сигналы подают на вход сумматора-вычислителя коли-индекса 9, которым определяют по формуле
- количество бактерий кишечной палочки в 1л (1000 мл) воды, а с одного из его выходов подают электрический сигнал на вход вычислителя коли-титра 10, которым определяют по формуле - наименьший объем воды в миллилитрах, в котором еще обнаруживается одна кишечная палочка. С выхода вычислителя коли-титра 10 электрический сигнал подают на один из входов блока индикации 11, на котором отображают числовое значение коли-титра или коли-индекса, так как на другой вход блока индикации 11 подают электрический сигнал с выхода сумматора-вычислителя коли-индекса 9, с третьего выхода которого электрический сигнал подают на вход цифро-аналогового преобразователя 12, выход которого - стандартный аналоговый электрический сигнал 13 пропорциональный коли-индексу - используют для соединения с устройствами автоматического контроля и регулирования.
Блок сравнения 4, программируемый блоком памяти 5, электрические счетчики 6, 7, 8, сумматор-вычислитель коли-индекса 9, вычислитель коли-титра 10, цифро-аналоговый преобразователь 12, блок индикации 11 - могут быть выполнены на интегральных микросхемах [7] стр. 484 - 522 и цифровых индикаторах типа АЛС324Б или жидкокристаллических индикаторах (ЖКИ).
Литература
1. Химический энциклопедический словарь М. 1983г., стр. 306
2. Фотометрический анализ. Общие сведения и аппаратура Бабко А.К., Полипенко А.Т. М. Химия 1968, стр.23
3. Телевидение Под редакцией П.В. Шмакова, Связь, Москва, 1970, стр. 357 - 358
4. Кондратьев А.Г., Лукин М.И. Техника промышленного телевидения Лениздат, 1970, стр. 483 - 489
5. Возная И.Ф. Химия воды и микробиология Высшая школа, 1967г., с. 268 - 271
6. ГОСТ 18963-73 "Вода питьевая. Методы санитарно-бактериологического анализа"
7. Интегральные микросхемы. Справочник М. Энергоатомиздат. 1985, с. 484 - 522д
Формула изобретения: 1. Экспресс-анализатор концентрации бактерий в водной среде, содержащий светонепроницаемый кожух, оптическую ячейку, фотоприемник и блок памяти, отличающийся тем, что он дополнительно содержит блок сравнения, не менее одного счетчика бактерий, блок вычисления коли-индекса, блок вычисления коли-титра, цифроаналоговый преобразователь и блок индикации, в качестве фотоприемника использована телевизионная камера, выход которой соединен с первым входом блока сравнения, другие входы которого соединены с выходами программируемого блока памяти, выходы блока сравнения соединены с входами счетчиков бактерий, выходы которых соединены с входами блока вычисления коли-индекса, первый выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, второй выход с первым входом блока индикации, третий выход с входом блока вычисления коли-титра, выход которого соединен с вторым входом блока индикации.
2. Экспресс-анализатор по п.1, отличающийся тем, что оптическая ячейка выполнена проточной.
3. Экспресс-анализатор по п.1, отличающийся тем, что оптическая ячейка выполнена в виде кюветы.
4. Экспресс-анализатор по п. 1, отличающийся тем, что он содержит три счетчика бактерий, первый из которых предназначен для определения количества бактерий кишечной палочки темно-красного цвета, второй для определения количества бактерий кишечной палочки розового цвета, а третий для определения количества прозрачных бактерий кишечной палочки.