Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
2.10. Сенсор ВПК
Биохимическое потребление кислорода (БПК)-один из часто используемых
показателей загрязнения органическими веществами. Обычно определение БПК
требует пятидневной инкубации, поэтому необходим экспрессный метод оценки
БПК, дающий более воспроизводимые результаты.
В работе [13] для оценки БПК использовали бактерии Trichosporon cutaneum,
применяемые при обработке сточных вод. Конструкция сенсора была такой же,
как в рассмотренных выше примерах.
Насыщенный кислородом фосфатный буферный раствор (0,01 М, pH 7)
пропускали через проточную ячейку со скоростью 1 мл/мин. Когда измеряемый
ток достигал стационарного значения, в ячейку вводили пробу со скоростью
0,2 мл/мин. Значение стационарного тока зависело от БПК анализируемого
раствора. Затем ток постепенно возвращался к начальному уровню. Время
отклика сенсора (время, требуемое для достижения стационарного тока)
зависело от природы анализируемого раствора.
0~ 700 л:В
Рис. 2.9. Схема системы для непрерывного определения БПК. 1-
пробоотборник; 2 проточный распределительный блок; 3-пульт управления; 4-
кран распределительного блока; 5-емкость с буферным раствором; 6-
сенсорный блок; 7-микробный сенсор; 8-усилитель; 9-блок регистрации; 10-
блок обработки данных; 11-насос; 12-фильтр; 13-инкубатор; 14-расходомер;
15-воздушный насос.
Сенсоры на основе микроорганизмов
31
Линейная зависимость между разностью токов (начального и стационарного
значений) и БПК, определяемого после пятидневной выдержки в стандартном
растворе глюкозы и глутамината, наблюдалась до значения БПК 60 мг/л.
Нижняя граница определяемых концентраций составляла 3 мг/л. При анализе
раствора с БПК, равным 40 мг/л, ток воспроизводился с относительной
погрешностью +6% (число опытов более 10).
Рассматриваемый микробный сенсор применяли для оценки пятидневного БПК
необработанных сточных вод бродильного производства. Пятидневное БПК
сточных вод определяли также методом JIS (метод, рекомендованный Japanese
Industrial Standard Committee). Значения БПК, оцененные микробным
сенсором и определенные методом JIS, хорошо коррелировали между собой. По
17 экспериментам коэффициент корреляции составил 1,2, а отношение БПК,
оцененного микробным сенсором, к БПК, определенному методом JIS,
находилось в пределах от 0,85 до 1,36. Колебания отношения значений БПК,
полученных двумя методами, могут быть обусловлены изменением состава
воды, загрязненной органическими веществами. С помощью данного сенсора
оценивали также БПК необработанных промышленных сточных вод различных
типов. Найдено, что сигнал сенсора определяется соединениями, присутст-
вукчДими в сточных водах. На рис. 2.9 показана БПК-сенсорная система,
серийно выпускаемая в Японии.
2.11. Сенсор аммиака
Определение аммиака имеет большое значение в клиническом и промышленном
анализе. Разработано несколько потенциометрических сенсоров для
определения аммиака, но на их работу могут оказывать влияние ионы
металлов и летучие амины. Поэтому для определения аммиака желательно было
бы разработать амперометрический сенсор.
Известно, что ншрофицирующие бактерии утилизируют аммиак в качестве
единственного источника энергии. Потребление кислорода при дыхании таких
бактерий описывается следующими реакциями:
Nitwsomoncis sp.
NH3 + 1,502---------------^NO/ + H20 + H +
Nitrobaeter sp.
NOJ + 0,5O2--------------^Оз-
Поглощение кислорода нитрофицирующими бактериями можно непосредственно
определять, иммобилизуя их на кислородном электроде.
Аммиачный сенсор, описанный в работах [6, 18], состоял из
иммобилизованных бактерий, газопроницаемой тефлоновой мембраны и
кислородного электрода. Зависимость между уменьшением тока и
концентрацией аммиака линейна вплоть до концентрации 42 мг/л. Нижняя
граница определяемых концентраций составляла 0,1 мг/л. В растворе,
содержащем 21 мг/л гидроксида аммония, значение уменьшения тока
воспроизводилось с относительной погрешностью +4%; стандартное отклонение
составило 0,7 мг/л для 20 опытов.
Чувствительность микробного сенсора была примерно равна чувствительности
стеклянного электрода. Сенсор не реагировал на летучие соединения, такие
как уксусная кислота, этанол и амины, или нелетучие питательные вещества,
такие как глюкоза, аминокислоты и ионы металлов. Выходной ток сенсора был
стабилен в течение более 10 дней при проведении 200 анализов.
С помощью микробного сенсора и обычным методом определяли аммиак в
челове-
ческой моче. Оба метода дали хорошо согласующиеся результаты, причем
микробный сенсор хорошо работал в течение длительного времени.
2.12. Другие микробные сенсоры
Автором и группой сотрудников были разработаны и различные другие
микробные сенсоры [10, 14-16]. Их характеристики приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2. Характеристики сенсоров на основе микроорганизмов
Сенсор Иммобилизованные Датчик Время Диапазон определяемых
микроорганизмы отклика, мин концентраций, мг/л
Усваиваемые сахара Brevibacterium lactofermentum 02-электрод 10
