[發明專利]小型化集成式微生物燃料電池指示污染土壤微生物活性的方法

在審

• 申請號: 201410361646.2
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104142362A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 鐘文輝;姜允斌;鄧歡
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: G01N27/403
• 分類號: G01N27/403
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術領域

本發明屬于一種土壤微生物檢測技術，具體涉及小型化集成式微生物燃料電池指示污染土壤微生物活性的方法。

背景技術

土壤微生物是土壤物質轉化和養分循環的重要執行者，土壤微生物活性的降低，意味著土壤受到不利因素如污染的脅迫，并導致土壤質量的降低。當前普遍采用生物學指標檢測土壤微生物活性，所涉及的方法包括微生物生物量、微生物商、代謝商、土壤酶活性、碳源利用圖譜和土壤微量熱等指標。這些指標的檢測需要經過多個實驗步驟，操作繁瑣并消耗較多試劑與人工。而且碳源利用圖譜和土壤微量熱等方法需要分別使用BIOLOG儀和微量熱儀等價格昂貴的設備以及價格不菲的耗材，而且上述方法都不能實現連續實時監測。

微生物燃料電池是一類通過產電微生物的催化作用，把有機質的化學能轉化為電能的裝置，所產生的電流強度與產電微生物的代謝活性密切相關。土壤中存在大量具有產電功能的微生物，廣泛分布于變形菌門、厚壁菌門等，通過分解土壤有機質產電。當土壤微生物受到不利因素如污染的脅迫時，土壤產電菌的產電能力會降低。

現有的生物學指標來指示污染土壤微生物活性的檢測技術存在成本高、操作繁瑣等問題，尤其是不能實現連續實時檢測。而且，現有的采用土壤直接產電指示土壤污染的方法需要用較大的微生物燃料電池進行土壤裝填。目前并未出現土壤懸液作為雙室微生物燃料電池陽極體系并利用其產電信號指示污染土壤微生物活性的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種指示污染土壤微生物活性的新方法。本發明克服現有技術中存在的不足和缺陷，具有運行成本較低、操作簡單和檢測效率高的優勢，而且可以實現對土壤微生物活性的連續實時檢測。

本發明采用的技術方案如下：

小型化集成式微生物燃料電池指示污染土壤微生物活性的方法，檢測對象為污染土壤提取的懸液；采用集成式微生物燃料電池，其由若干個雙室微生物燃料電池固定在集成板上形成；具體操作包括如下步驟：

①?制備污染土壤懸液樣品：用蒸餾水或去離子水稀釋污染土壤，振蕩后靜置或震蕩后離心，吸取上層土壤懸液；向土壤懸液中添加并溶解葡萄糖或乙酸鈉，葡萄糖和乙酸鈉所用的質量不超過土壤懸液體積的2%，也可將葡萄糖與乙酸鈉在上述范圍內混合加入并溶解于土壤懸液中；將土壤懸液加入雙室微生物燃料電池的陽極室內；

②?配制鐵氰化鉀的磷酸緩沖鹽溶液：鐵氰化鉀濃度范圍從50mM至200mM，磷酸鹽緩沖液的pH調至7，濃度從50mM至200mM，然后將鐵氰化鉀的磷酸緩沖鹽溶液灌滿至雙室微生物燃料電池的陰極室；

③?運行集成式微生物燃料電池：將每個雙室微生物燃料電池中的陽極和陰極通過導線與負載串聯，負載阻值范圍在10?Ω至1000?Ω之間，采用數據采集器或萬用表實時連續記錄負載兩端的電壓或電流，72小時后停止記錄；將電壓數據根據公式（1）和（2）換算成電量，或將電流數據根據公式（2）換算成電量：

I?(電流,?A)=U(電壓,?V)?/?R?(外阻,?Ω)????????????????????????????（1）

Q?(電量,?C)?=?I?(電流,?A)?×?t?(時間,?s)????????????????????????????（2）

④?采用微生物燃料電池運行期間產生的電量作為檢測土壤微生物活性的指標，電量電池運行期間的產電電量越低表明土壤污染毒性越大，土壤微生物活性越低。

所述污染土壤為所有的土壤類型，其污染物包括重金屬污染、有機物污染或者酸堿污染。

所述雙室微生物燃料電池包括陽極、陰極、陽極室、陰極室、陽極室外裙邊、陽極室內裙邊、陰極室外裙邊、陽極室內裙邊、導線口、進水口、出水口、隔膜、膠墊、導線、負載、螺栓和螺帽；陽極和陰極材料分別填滿陽極室和陰極室；所述膠墊和隔膜設置在陽極室和陰極室之間。

所述陽極或陰極的材料為碳氈、碳布、碳刷、活性炭顆粒、石墨顆粒、不銹鋼網或鈦網。

所述雙室微生物燃料電池的陽極室和陰極室工作體積均小于30?cm³。

所述隔膜為質子交換膜、陽離子交換膜、超濾膜、微濾膜、全氟磺酸樹脂膜、玻璃纖維膜或聚碳酸酯膜。

所述集成板上設有用于固定雙室微生物燃料電池的槽口，微生物燃料電池的陽極室外裙邊、陽極室內裙邊以及陰極室外裙邊和陰極室內裙邊插入槽口內。

所述集成板上標記有編號，編號對應不同位置的雙室微生物燃料電池，使得不同的污染土壤懸液與其產電數據實現一一對應。??