一种微生物电化学传感器的制备方法、使用方法及应用
阅读：227发布：2024-02-25
专利汇可以提供一种微生物电化学传感器的制备方法、使用方法及应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种 微 生物 电化学 传感器 的制备方法、使用方法及应用，通过在第一箱框的侧框壁上开设用于向第一箱框内注入产电微生物的注入口，将产电微生物注入该微生物电化学传感器，进而采用产电微生物作为监测元件，并通过在第二 导线 上 串联 外接 电阻 ，将 电压 采集器并联于外接电阻上采集产电微生物产出电 信号 的平稳程度确定地下 水 的品质，污染物浓度的升高会影响微生物的正常生理生化活性，进而带来 电信号 的变化，进而能够时时原位监测污染物的浓度，实现快速预警，相较于采用检测装置进行原位检测的方法，该微生物电化学传感器反应更灵敏，反应速度更快，而且成本更低。，下面是一种微生物电化学传感器的制备方法、使用方法及应用专利的具体信息内容。
1.一种微生物电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
取第一隔膜、具有相对设置的第一框口和第二框口的第一箱框和具有相对设置的第三框口和第四框口的第二箱框，将第一箱框的第一框口紧贴于所述第一隔膜的一侧，第二箱框的第三框口紧贴于所述第一隔膜的另一侧，并且将两框口相对压合；
通过第一箱框的第二框口将第一金属网嵌入第一箱框内直至第一隔膜处，通过第二箱框的第四框口将第二金属网嵌入第二箱框内直至第一隔膜处；
在第一箱框和第二箱框的侧框壁上均开孔，将第一导线一端通过第一箱框开孔与第一金属网连接，另一端连接外接电源的正极，将第二导线的一端通过第二箱框开孔与第二金属网连接，另一端连接外接电源的负极，第二导线上串联外接电阻，电压采集器并联于外接电阻上；
通过第一箱框的第二框口向所述第一箱框内填充导电粉，用第二隔膜分别封装第一箱框的第二框口及第二箱框的第四框口，并在第一箱框的侧框壁上开设用于向第一箱框内注入产电微生物的注入口。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一隔膜和第二隔膜均为玻璃纤维毡，所述玻璃纤维毡的厚度为0.1-0.5mm；优选地，所述第一隔膜为紧密压合在一起的三层玻璃纤维毡。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一金属网为不锈钢网或钛网，所述第一金属网的厚度为0.5-2mm；
所述第二金属网为不锈钢网或钛网，所述第二金属网的厚度为0.5-2mm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述导电粉为石墨粉，所述石墨粉的目数为20-200目；
所述第一箱框和第二箱框均为有机玻璃或聚四氟乙烯的方框；
所述外接电阻的电阻为5-10Ω。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述第一箱框的侧框壁上开设放置参比电极的放置口，所述参比电极通过放置口插入导电粉中；优选地，开孔、放置口和注入口均同侧设置；所述参比电极为Ag/AgCl或饱和甘汞参比电极。
6.权利要求1-5中任一项所述的制备方法制得的微生物电化学传感器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
按第一箱框的第二框口或第二箱框的第四框口的框口面垂直于地下水流方向插入土壤饱水层中，使地下水垂直流过第二框口进入所述第一箱框内；
在微生物电化学传感器的周围覆土；
通过注入口向第一箱框内注入产电微生物，启动微生物电化学传感器，待电压采集器输出电压平稳后，即可检测土壤地下水中的污染物。
7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，所述微生物电化学传感器的启动时间为3-10天。
8.根据权利要求6或7所述的使用方法，其特征在于，所述产电微生物为土壤土著微生物经驯化，筛选，定向培育得到；
其中，所述驯化是指应用上述微生物电化学传感器在污染物的氛围下，依托水流使土壤土著微生物富集于石墨粉上，待传感器传出的信号稳定时，即表明土壤土著微生物的驯化完成；所述污染物参照《地下水质量标准》GBT-14848-2017；
所述筛选是指驯化完成后，将石墨粉取出，通过刮取或振荡筛取得微生物膜，进行扩增培养；
所述定向培育是指将上述扩增培养得到的微生物移植至新鲜的培养基中再次进行扩增培养即得产电微生物；优选地，所述扩增培养的培养基为牛肉膏琼脂培养基。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的使用方法，其特征在于，所述土壤地下水中的污染物为钡、镉、铬、锰、铅、砷、铜、锌或苯系物中的至少一种。
10.权利要求1-5中任一项所述的制备方法制得的微生物电化学传感器在土壤地下水中钡、镉、铬、锰、铅、砷、铜、锌或苯系物污染预警中的应用。
一种微生物电化学传感器的制备方法、使用方法及应用
技术领域
[0001] 本发明涉及微生物电化学技术领域，具体涉及一种微生物电化学传感器的制备方法、使用方法及应用。
背景技术
[0002] 地下水是自然界水资源的要组成部分，顾名思义即埋藏在地面以下的水，是人类生产和生活用水的重要来源，同时，地下水作为我国抗旱应急和部分地区生活的主要淡水水源之一，为近三分之一的人口提供宝贵的对饮用水。
[0003] 然而，近年来，随着人口的快速增长，城市化进程的加快以及工业的迅猛发展，工业废水及固体废弃物严重地污染了地下水。研究表明，地下水的污染风险正在逐年加大，且总体水质呈逐年恶化趋势，其中，金属以及苯系物的污染尤为严重。目前，我国主要通过设置水井监测地下水动态，需要采样后送至实验室进行分析，耗费高，效率低，而且，传统的地下水污染物分析技术包括化学分析法、分光光度分析法、原子光谱分析法、色谱分析法等，但由于地下水环境存在组分复杂，易受影响且检测设备难以进行原位监测等特征，而且，由于地下水污染源点多面广，这些分析技术均难以达到时时原位监测污染物浓度的要求，更无法实现快速预警。
发明内容
[0005] 为此，本发明提供如下技术方案：
[0006] 一种微生物电化学传感器的制备方法，包括如下步骤：
[0007] 取第一隔膜、具有相对设置的第一框口和第二框口的第一箱框和具有相对设置的第三框口和第四框口的第二箱框，将第一箱框的第一框口紧贴于所述第一隔膜的一侧，第二箱框的第三框口紧贴于所述第一隔膜的另一侧，并且将两框口相对压合；
[0008] 通过第一箱框的第二框口将第一金属网嵌入第一箱框内直至第一隔膜处，通过第二箱框的第四框口将第二金属网嵌入第二箱框内直至第一隔膜处；
[0009] 在第一箱框和第二箱框的侧框壁上均开孔，将第一导线一端通过第一箱框开孔与第一金属网连接，另一端连接外接电源的正极，将第二导线的一端通过第二箱框开孔与第二金属网连接，另一端连接外接电源的负极，第二导线上串联外接电阻，电压采集器并联于外接电阻上；
[0010] 通过第一箱框的第二框口向所述第一箱框内填充导电粉，用第二隔膜分别封装第一箱框的第二框口及第二箱框的第四框口，并在第一箱框的侧框壁上开设用于向第一箱框内注入产电微生物的注入口。
[0011] 所述第一箱框和第二箱框均为有机玻璃或聚四氟乙烯的方框。
[0012] 所述方框的内壁尺寸为100mm×100mm-200mm×200mm，厚度10-20mm。
[0015] 优选地，所述导电粉为石墨粉，所述石墨粉的目数为20-200目；
[0016] 所述第一方框和第二方框均为有机玻璃或聚四氟乙烯的方框；
[0017] 所述外接电阻的电阻为5-10Ω。
[0019] 本发明还提供了上述的制备方法制得的微生物电化学传感器的使用方法，包括如下步骤：
[0021] 在微生物电化学传感器的周围覆土；
[0022] 通过注入口向第一箱框内注入产电微生物，启动微生物电化学传感器，待电压采集器输出电压平稳后，即可检测土壤地下水中的污染物。
[0023] 其中，所述微生物电化学传感器的启动时间为3-10天。
[0024] 所述产电微生物为土壤土著微生物经驯化，筛选，定向培育得到；
[0025] 所述驯化是指应用上述微生物电化学传感器在一定浓度污染物的氛围下，依托水流使土壤土著微生物富集于石墨粉上，土著微生物中的产电微生物可分解土壤中的有机质，产出电子，进而经外电路转化为电信号，待传感器传出的信号稳定时，即表明土壤土著微生物的驯化完成；所述污染物及其浓度参照《地下水质量标准》GBT-14848-2017；
[0026] 所述筛选是指驯化完成后，将石墨粉取出，通过刮取或振荡筛取得微生物膜，进行扩增培养；
[0027] 所述定向培育是指将上述扩增培养得到的微生物移植至新鲜的培养基中再次进行扩增培养即得产电微生物；优选地，所述扩增培养的培养基为牛肉膏琼脂培养基。
[0028] 土壤土著微生物的具体驯化过程如下：将上述的微生物电化学传感器放入试验箱内，按第一箱框的第二框口或第二箱框的第四框口的框口面垂直于地下水流方向插入土壤饱水层中，使地下水垂直流过第二框口进入所述第一箱框内；在微生物电化学传感器的周围覆土；在试验箱的前端依次连接进水槽，蠕动泵，注药孔；试验箱的后端连接出水槽；然后向进水槽中装入污染物溶液，由蠕动泵向试验箱内泵入，通过外接电压采集器采集的电压强度判断传感器启动情况，待电压采集器输出电压平稳后，表明驯化完成；其中，污染物及其浓度参照《地下水质量标准》GBT-14848-2017。
[0029] 筛选步骤中通过至少3次反复的扩增培养，可以得到不含石墨粉的纯净的微生物。
[0030] 所述牛肉膏琼脂培养基的配制方法如下：
[0031] 配制方法：在烧杯内加水100mL，放入0.3g牛肉膏、1.0g蛋白胨和0.5g氯化钠，用蜡笔在烧杯外作上记号后，加热；待烧杯内各组分溶解后，加入1.5g琼脂，不断搅拌以免粘底，等琼脂完全溶解后补足失水，用10％盐酸或10％的氢氧化钠调整pH值到7.2-7.6，分装在各个试管里，加棉花塞，用高压蒸汽灭菌：1.05g/cm3、121℃维持15-30分钟，即得所述牛肉膏琼脂培养基。
[0032] 所述土壤地下水中的污染物为钡、镉、铬、锰、铅、砷、铜、锌或苯系物中的至少一种。
[0033] 所述土壤地下水中的污染物包括但不仅限于以上几种。
[0034] 本发明还提供了上述的制备方法制得的微生物电化学传感器在土壤地下水中钡、镉、铬、锰、铅、砷、铜、锌或苯系物污染预警中的应用。
[0035] 本发明技术方案，具有如下优点：
[0036] 1、本发明提供的微生物电化学传感器的制备方法，通过在第一箱框的侧框壁上开设用于向第一箱框内注入产电微生物的注入口，将产电微生物注入该微生物电化学传感器，进而采用产电微生物作为监测元件，并通过在第二导线上串联外接电阻，将电压采集器并联于外接电阻上采集产电微生物产出电信号的平稳程度确定地下水的品质，污染物浓度的升高会影响微生物的正常生理生化活性，进而带来电信号的变化，进而能够时时原位监测污染物的浓度，实现快速预警，相较于采用检测装置进行原位检测的方法，该微生物电化学传感器反应更灵敏，反应速度更快，而且成本更低。
[0037] 2、本发明提供的微生物电化学传感器的制备方法，第一金属网和第二金属网采用不锈钢网或钛网，可以作为电极材料，相较于针状和棒状电极，更适用于采集石墨粉中的电子，其表面积更大，对电子的捕捉能量更强。
[0038] 3、本发明提供的微生物电化学传感器的使用方法，通过注入口向第一箱框内注入产电微生物，可定向感知土壤地下水中污染物的浓度；若土壤地下水中污染物的浓度发生波动但仍处在驯化浓度下，传感器并不会报警；若浓度超过标准线，才会报警；可有效防止误报。
[0039] 4、本发明提供的微生物电化学传感器的应用，能够时时原位监测地下水中污染物的浓度，实现快速预警，相较于采用检测装置进行原位检测的方法，该微生物电化学传感器反应更灵敏，反应速度更快，而且成本更低。附图说明
[0040] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041] 图1为本发明提供的微生物电化学传感器的俯视图；
[0042] 图2为本发明提供的优化的微生物电化学传感器的俯视图；
[0043] 图3为本发明提供的微生物电化学传感器的应用试验装置简图；
[0045] 图5为本发明微生物电化学传感器对钡盐的响应变化图；
[0046] 图6为本发明微生物电化学传感器对镉盐的响应变化图；
[0047] 图7为本发明微生物电化学传感器对铬盐的响应变化图；
[0048] 图8为本发明微生物电化学传感器对锰盐的响应变化图；
[0049] 图9为本发明微生物电化学传感器对苯系物的响应变化图；
[0050] 附图标记说明：
[0051] 1-导电粉；2-第一箱框；3-第二箱框；4-第一箱框开孔；5-第二箱框开孔；6-注入口；7-第一金属网；8-第二金属网；9-第一隔膜；10-第二隔膜；11-参比电极；12-进水槽；13-蠕动泵；14-注药孔；15-试验箱；16-微生物电化学传感器；17-外接电源；18-出水槽。
具体实施方式
[0052] 提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
[0053] 实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
[0054] 为说明本发明微生物电化学传感器的预警效果，实施例中微生物电化学传感器的应用采用附图3所示装置来模拟实际监测土壤地下水中污染物的环境。其中，实施例部分所用试验箱的内壁尺寸均为长650mm×宽400mm×高350mm，填充的土壤长400mm，宽400mm，高250mm；电流密度(A/m2)＝采集电压/外接电阻/方框界面的面积；其中方框截面面积为方框内壁的长×宽。
[0055] 实施例1
[0056] 本实施例提供一种微生物电化学传感器的制备方法，以及在土壤地下水钡污染预警中的应用
[0057] 微生物电化学传感器的制备：
[0058] 取第一隔膜9、具有相对设置的第一框口和第二框口的第一箱框2和具有相对设置的第三框口和第四框口的第二箱框3，将第一箱框2的第一框口紧贴于所述第一隔膜9的一侧，第二箱框3的第三框口紧贴于所述第一隔膜9的另一侧，并且将两框口相对压合；
[0059] 通过第一箱框2的第二框口将第一金属网7嵌入第一箱框2内直至第一隔膜9处，通过第二箱框3的第四框口将第二金属网8嵌入第二箱框3内直至第一隔膜9处；
[0060] 在第一箱框2和第二箱框3的侧框壁上均开孔，将第一导线一端通过第一箱框开孔4与第一金属网7连接，另一端连接外接电源17的正极，将第二导线的一端通过第二箱框开孔5与第二金属网8连接，另一端连接外接电源17的负极，第二导线上串联5Ω外接电阻，电压采集器并联于外接电阻上；
[0061] 通过第一箱框2的第二框口向所述第一箱框2内填充导电粉1，用第二隔膜10分别封装第一箱框2的第二框口及第二箱框3的第四框口，并在第一箱框2的侧框壁上开设用于向第一箱框2内注入产电微生物的注入口6。
[0062] 其中，外接电阻为5Ω，如图1所示，导电粉1为50目石墨粉；第一箱框2和第二箱框3均为150mm×150mm，厚度为15mm的有机玻璃方框；第一金属网7和第二金属网8均为为1.5mm的不锈钢网；第一隔膜9为3层厚度均为0.5mm的玻璃纤维毡；第二隔膜10为一层0.5mm的玻璃纤维毡。
[0063] 产电微生物的培养：
[0064] 牛肉膏琼脂培养基的配制：
[0065] 在烧杯内加水100mL，放入0.3g牛肉膏、1.0g蛋白胨和0.5g氯化钠，用蜡笔在烧杯外作上记号后，加热；待烧杯内各组分溶解后，加入1.5g琼脂，不断搅拌以免粘底，等琼脂完全溶解后用水定容至100mL，用10％盐酸调整pH值到7.2，分装在各个试管里，加棉花塞，用高压蒸汽灭菌：1.05g/cm3、121℃维持15分钟，即得所述牛肉膏琼脂培养基。
[0066] 将上述的微生物电化学传感器16放入试验箱15内，按第一箱框2的第二框口或第二箱框3的第四框口的框口面垂直于地下水流方向插入土壤饱水层中，使地下水垂直流过第二框口进入所述第一箱框2内；在微生物电化学传感器16的周围覆土；如图3所示，在试验箱15的前端依次连接进水槽12，蠕动泵13，注药孔14；试验箱15的后端连接出水槽18；然后向进水槽12中装入1mg/L的金属钡的污染物溶液，由蠕动泵13向试验箱15内泵入，蠕动泵13的泵入速度为4mL/min，通过外接电压采集器采集的电压强度判断传感器启动情况，待3天电压采集器输出电压平稳后，取出传感器中石墨粉。通过刮取得微生物膜，在牛肉膏琼脂培养基中进行扩增培养3次；再次将菌种移植至新鲜的牛肉膏琼脂培培养基进行扩增培养，即得产电微生物，保存至-4℃冰箱中。
[0067] 微生物电化学传感器在土壤地下水钡污染预警中的应用：
[0068] 将上述的微生物电化学传感器16放入试验箱15内，按第一箱框2的第二框口或第二箱框3的第四框口的框口面垂直于地下水流方向插入土壤饱水层中，使地下水垂直流过第二框口进入所述第一箱框2内；在微生物电化学传感器16的周围覆土；如图3所示，在试验箱15的前端依次连接进水槽12，蠕动泵13，注药孔14；试验箱15的后端连接出水槽18；通过注入口6向第一箱框2内注入50mL产电微生物，然后向进水槽12中装入去离子水，由蠕动泵13向试验箱15内泵入，蠕动泵13的泵入速度为4mL/min，通过外接电压采集器采集的电压强度判断传感器启动情况，待3天电压采集器输出电压平稳后，如图4所示。由注药孔14向导管中注入50mL浓度为0.3mg/L的钡盐溶液，0.5min内完成注药。第一次注药6h后进行第二次注药，由注药孔14向导管中注入50mL浓度为2.0mg/L的钡盐溶液，0.5min内完成注药。
[0069] 第一次注药3h后，电流密度并未发生显著变化。第二次注药3h后，电流密度由1.97A/m2急速下降至0.51A/m2，并保持4h以上(如图5)，电流密度下降率为74.1％，反应时间为88s左右，说明本发明中的微生物电化学传感器16可快速对钡污染物浓度升高做出响应，且响应效果明显，具备预警作用。
[0070] 实施例2
[0071] 本实施例提供一种微生物电化学传感器的制备方法，以及在土壤地下水镉污染预警中的应用
[0072] 微生物电化学传感器的制备：
[0073] 取第一隔膜9、具有相对设置的第一框口和第二框口的第一箱框2和具有相对设置的第三框口和第四框口的第二箱框3，将第一箱框2的第一框口紧贴于所述第一隔膜9的一侧，第二箱框3的第三框口紧贴于所述第一隔膜9的另一侧，并且将两框口相对压合；
[0074] 通过第一箱框2的第二框口将第一金属网7嵌入第一箱框2内直至第一隔膜9处，通过第二箱框3的第四框口将第二金属网8嵌入第二箱框3内直至第一隔膜9处；
[0075] 在第一箱框2和第二箱框3的侧框壁上均开孔，将第一导线一端通过第一箱框开孔4与第一金属网7连接，另一端连接外接电源17的正极，将第二导线的一端通过第二箱框开孔5与第二金属网8连接，另一端连接外接电源17的负极，第二导线上串联外接电阻，电压采集器并联于外接电阻上；
[0076] 通过第一箱框2的第二框口向所述第一箱框2内填充导电粉1，用第二隔膜10分别封装第一箱框2的第二框口及第二箱框3的第四框口，并在第一箱框2的侧框壁上开设用于向第一箱框2内注入产电微生物的注入口6。
[0077] 其中，外接电阻为8Ω，如图1所示，导电粉1为150目石墨粉；第一箱框2和第二箱框3均为180mm×180mm，厚度为20mm的聚四氟乙烯方框；第一金属网7和第二金属网8均为
0.8mm的钛网；第一隔膜9为2层厚度均为0.2mm的玻璃纤维毡；第二隔膜10为一层厚度为
0.2mm的玻璃纤维毡。
0.8mm的钛网；第一隔膜9为2层厚度均为0.2mm的玻璃纤维毡；第二隔膜10为一层厚度为
0.2mm的玻璃纤维毡。
[0078] 产电微生物的培养：
[0079] 牛肉膏琼脂培养基的配制：
[0080] 在烧杯内加水100mL，放入0.3g牛肉膏、1.0g蛋白胨和0.5g氯化钠，用蜡笔在烧杯外作上记号后，加热；待烧杯内各组分溶解后，加入1.5g琼脂，不断搅拌以免粘底，等琼脂完全溶解后水定容至100mL，用10％氢氧化钠调整pH值到7.6，分装在各个试管里，加棉花塞，用高压蒸汽灭菌：1.05g/cm3、121℃维持30分钟，即得所述牛肉膏琼脂培养基。
[0081] 将上述的微生物电化学传感器16放入试验箱15内，按第一箱框2的第二框口或第二箱框3的第四框口的框口面垂直于地下水流方向插入土壤饱水层中，使地下水垂直流过第二框口进入所述第一箱框2内；在微生物电化学传感器16的周围覆土；如图3所示，在试验箱15的前端依次连接进水槽12，蠕动泵13，注药孔14；试验箱15的后端连接出水槽18；然后向进水槽12中装入0.01mg/L的金属镉的污染物溶液，由蠕动泵13向砂箱内泵入，泵入速度为4mL/min，通过外接电压采集器采集的电压强度判断传感器启动情况，待10天电压采集器输出电压平稳后，取出传感器中石墨粉。通过刮取得微生物膜，在牛肉膏琼脂培养基中进行扩增培养3次；再次将菌种移植至新鲜的牛肉膏琼脂培培养基进行扩增培养，即得产电微生物，保存至-4℃冰箱中。
[0082] 微生物电化学传感器在土壤地下水镉污染预警中的应用：
[0083] 将上述的微生物电化学传感器16放入试验箱15内，按第一箱框2的第二框口或第二箱框3的第四框口的框口面垂直于地下水流方向插入土壤饱水层中，使地下水垂直流过第二框口进入所述第一箱框2内；在微生物电化学传感器16的周围覆土；如图3所示，在试验箱15的前端依次连接进水槽12，蠕动泵13，注药孔14；试验箱15的后端连接出水槽18；通过注入口6向第一箱框2内注入65mL产电微生物，然后向进水槽12中装入去离子水，由蠕动泵13向砂箱内泵入，泵入速度为4mL/min，通过外接电压采集器采集的电压强度判断传感器启动情况，待10天电压采集器输出电压平稳后，如图4所示，由注药孔14向导管中注入50mL浓度为0.01mg/L的镉盐溶液，0.8min内完成注药。第一次注药6h后进行第二次注药，由注药孔
14向导管中注入50mL浓度为0.1mg/L的镉盐溶液，0.8min内完成注药。
14向导管中注入50mL浓度为0.1mg/L的镉盐溶液，0.8min内完成注药。
[0084] 第一次注药3h后，电流密度并未发生显著变化。第二次注药3h后，电流密度由1.93A/m2急速下降至0.44A/m2，并保持4h以上(图6)，电流密度下降率为77.2％，反应时间为
63s左右，说明传感器可快速对镉污染物浓度升高做出响应，且响应效果明显，具备预警作用。
63s左右，说明传感器可快速对镉污染物浓度升高做出响应，且响应效果明显，具备预警作用。
[0085] 实施例3
[0086] 本实施例提供一种微生物电化学传感器及其制备方法，以及在土壤地下水铬、污染预警中的应用
[0087] 微生物电化学传感器的制备：
[0088] 取第一隔膜9、具有相对设置的第一框口和第二框口的第一箱框2和具有相对设置的第三框口和第四框口的第二箱框3，将第一箱框2的第一框口紧贴于所述第一隔膜9的一侧，第二箱框3的第三框口紧贴于所述第一隔膜9的另一侧，并且将两框口相对压合；
[0089] 通过第一箱框2的第二框口将第一金属网7嵌入第一箱框2内直至第一隔膜9处，通过第二箱框3的第四框口将第二金属网8嵌入第二箱框3内直至第一隔膜9处；
[0090] 在第一箱框2和第二箱框3的侧框壁上均开孔，将第一导线一端通过第一箱框开孔4与第一金属网7连接，另一端连接外接电源17的正极，将第二导线的一端通过第二箱框开孔5与第二金属网8连接，另一端连接外接电源17的负极，第二导线上串联外接电阻，电压采集器并联于外接电阻上；
[0091] 通过第一箱框2的第二框口向所述第一箱框2内填充导电粉1，用第二隔膜10分别封装第一箱框2的第二框口及第二箱框3的第四框口，并在第一箱框2的侧框壁上开设用于向第一箱框2内注入产电微生物的注入口6；
[0092] 在所述第一箱框2的侧框壁上开设放置参比电极11的放置口，所述参比电极11通过放置口插入导电粉1中。
[0093] 其中，外接电阻为6Ω，如图2所示，导电粉1为200目石墨粉；第一箱框2和第二箱框3均为200mm×200mm，厚度为10mm的有机玻璃方框；第一金属网7和第二金属网8均为2mm的不锈钢网；第一隔膜9为3层厚度均为0.1mm的玻璃纤维毡；第二隔膜10为一层厚度为0.1mm的玻璃纤维毡；参比电极11为Ag/AgCl参比电极。
[0094] 产电微生物的培养：
[0095] 牛肉膏琼脂培养基的配制：在烧杯内加水100mL，放入0.3g牛肉膏、1.0g蛋白胨和0.5g氯化钠，用蜡笔在烧杯外作上记号后，加热；待烧杯内各组分溶解后，加入1.5g琼脂，不断搅拌以免粘底，等琼脂完全溶解后用水定容至100mL，用10％氢氧化钠调整pH值到7.5，分装在各个试管里，加棉花塞，用高压蒸汽灭菌：1.05g/cm3、121℃维持20分钟，即得所述牛肉膏琼脂培养基。
[0096] 将上述的微生物电化学传感器16放入试验箱15内，按第一箱框2的第二框口或第二箱框3的第四框口的框口面垂直于地下水流方向插入土壤饱水层中，使地下水垂直流过第二框口进入所述第一箱框2内；在微生物电化学传感器16的周围覆土；如图3所示，在试验箱15的前端依次连接进水槽12，蠕动泵13，注药孔14；试验箱15的后端连接出水槽18；然后向进水槽12中装入0.05mg/L六价铬的污染物溶液，由蠕动泵13向砂箱内泵入，泵入速度为4mL/min，通过外接电压采集器采集的电压强度判断传感器启动情况，待5天电压采集器输出电压平稳后，取出传感器中石墨粉。通过刮取得微生物膜，在牛肉膏琼脂培养基中进行扩增培养3次；再次将菌种移植至新鲜的牛肉膏琼脂培培养基进行扩增培养，即得产电微生物，保存至-4℃冰箱中。
[0097] 微生物电化学传感器在土壤地下水铬污染预警中的应用：
[0098] 将上述的微生物电化学传感器16放入试验箱15内，按第一箱框2的第二框口或第二箱框3的第四框口的框口面垂直于地下水流方向插入土壤饱水层中，使地下水垂直流过第二框口进入所述第一箱框2内；在微生物电化学传感器16的周围覆土；如图3所示，在试验箱15的前端依次连接进水槽12，蠕动泵13，注药孔14；试验箱15的后端连接出水槽18；通过注入口6向第一箱框2内注入90mL产电微生物，然后向进水槽12中装入去离子水，由蠕动泵13向砂箱内泵入，泵入速度为4mL/min，通过外接电压采集器采集的电压强度判断传感器启动情况，待5天电压采集器输出电压平稳后，如图4所示，由注药孔14向导管中注入50mL浓度为0.05mg/L的六价铬盐溶液，1min内完成注药。第一次注药6h后进行第二次注药，由注药孔
14向导管中注入50mL浓度为0.2mg/L的六价铬盐溶液，1min内完成注药。
14向导管中注入50mL浓度为0.2mg/L的六价铬盐溶液，1min内完成注药。
[0099] 第一次注药3h后，电流密度并未发生显著变化。第二次注药3h后，电流密度由1.94A/m2急速下降至0.53A/m2，并保持4h以上(图7)，电流密度下降率为72.7％，反应时间为
70s左右，说明传感器可快速对铬污染物浓度升高做出响应，且响应效果明显，具备预警作用。
70s左右，说明传感器可快速对铬污染物浓度升高做出响应，且响应效果明显，具备预警作用。
[0100] 实施例4
[0101] 本实施例提供一种微生物电化学传感器及其制备方法，以及在土壤地下水锰污染预警中的应用
[0102] 微生物电化学传感器的制备：
[0103] 取第一隔膜9、具有相对设置的第一框口和第二框口的第一箱框2和具有相对设置的第三框口和第四框口的第二箱框3，将第一箱框2的第一框口紧贴于所述第一隔膜9的一侧，第二箱框3的第三框口紧贴于所述第一隔膜9的另一侧，并且将两框口相对压合；
[0104] 通过第一箱框2的第二框口将第一金属网7嵌入第一箱框2内直至第一隔膜9处，通过第二箱框3的第四框口将第二金属网8嵌入第二箱框3内直至第一隔膜9处；
[0105] 在第一箱框2和第二箱框3的侧框壁上均开孔，将第一导线一端通过第一箱框开孔4与第一金属网7连接，另一端连接外接电源17的正极，将第二导线的一端通过第二箱框开孔5与第二金属网8连接，另一端连接外接电源17的负极，第二导线上串联外接电阻，电压采集器并联于外接电阻上；
[0106] 通过第一箱框2的第二框口向所述第一箱框2内填充导电粉1，用第二隔膜10分别封装第一箱框2的第二框口及第二箱框3的第四框口，并在第一箱框2的侧框壁上开设用于向第一箱框2内注入产电微生物的注入口6。
[0107] 其中，外接电阻为10Ω，如图1所示，导电粉1为20目石墨粉；第一箱框2和第二箱框3均为120mm×120mm，厚度为10mm的方框；第一金属网7和第二金属网8均为2.0mm的不锈钢网；第一隔膜9为3层厚度均为0.3mm的玻璃纤维毡；第二隔膜10为一层厚度为0.3mm的玻璃纤维毡。
[0108] 产电微生物的培养：
[0109] 牛肉膏琼脂培养基的配制：在烧杯内加水100mL，放入0.3g牛肉膏、1.0g蛋白胨和0.5g氯化钠，用蜡笔在烧杯外作上记号后，加热；待烧杯内各组分溶解后，加入1.5g琼脂，不断搅拌以免粘底，等琼脂完全溶解后用水定容至100mL，用10％氢氧化钠调整pH值到7.4，分装在各个试管里，加棉花塞，用高压蒸汽灭菌：1.05g/cm3、121℃维持25分钟，即得所述牛肉膏琼脂培养基。
[0110] 将上述的微生物电化学传感器16放入试验箱15内，按第一箱框2的第二框口或第二箱框3的第四框口的框口面垂直于地下水流方向插入土壤饱水层中，使地下水垂直流过第二框口进入所述第一箱框2内；在微生物电化学传感器16的周围覆土；如图3所示，在试验箱15的前端依次连接进水槽12，蠕动泵13，注药孔14；试验箱15的后端连接出水槽18；然后向进水槽12中装入1.5mg/L金属锰的污染物溶液，由蠕动泵13向砂箱内泵入，泵入速度为4mL/min，通过外接电压采集器采集的电压强度判断传感器启动情况，待8天电压采集器输出电压平稳后，取出传感器中石墨粉。通过刮取得微生物膜，在牛肉膏琼脂培养基中进行扩增培养3次；再次将菌种移植至新鲜的牛肉膏琼脂培培养基进行扩增培养，即得产电微生物，保存至-4℃冰箱中。
[0111] 微生物电化学传感器在土壤地下水锰污染预警中的应用：
[0112] 将上述的微生物电化学传感器16放入试验箱15内，按第一箱框2的第二框口或第二箱框3的第四框口的框口面垂直于地下水流方向插入土壤饱水层中，使地下水垂直流过第二框口进入所述第一箱框2内；在微生物电化学传感器16的周围覆土；如图3所示，在试验箱15的前端依次连接进水槽12，蠕动泵13，注药孔14；试验箱15的后端连接出水槽18；通过注入口6向第一箱框2内注入30mL产电微生物，然后向进水槽12中装入去离子水，由蠕动泵13向砂箱内泵入，泵入速度为4mL/min，通过外接电压采集器采集的电压强度判断传感器启动情况，待8天电压采集器输出电压平稳后，如图4所示，由注药孔14向导管中注入50mL浓度为1.0mg/L的锰盐溶液，0.6min内完成注药。第一次注药6h后进行第二次注药，由注药孔14向导管中注入50mL浓度为3.0mg/L的锰盐溶液，0.6min内完成注药。
[0113] 第一次注药3h后，电流密度并未发生显著变化。第二次注药3h后，电流密度由2.04A/m2急速下降至0.46A/m2，并保持4h以上(图8)，电流密度下降率为77.5％，反应时间为
89s左右，说明传感器可快速对锰污染物浓度升高做出响应，且响应效果明显，具备预警作用。
89s左右，说明传感器可快速对锰污染物浓度升高做出响应，且响应效果明显，具备预警作用。
[0114] 实施例5
[0115] 本实施例提供一种微生物电化学传感器及其制备方法，以及在土壤地下水苯系物污染预警中的应用
[0116] 微生物电化学传感器的制备：
[0117] 取第一隔膜9、具有相对设置的第一框口和第二框口的第一箱框2和具有相对设置的第三框口和第四框口的第二箱框3，将第一箱框2的第一框口紧贴于所述第一隔膜9的一侧，第二箱框3的第三框口紧贴于所述第一隔膜9的另一侧，并且将两框口相对压合；
[0118] 通过第一箱框2的第二框口将第一金属网7嵌入第一箱框2内直至第一隔膜9处，通过第二箱框3的第四框口将第二金属网8嵌入第二箱框3内直至第一隔膜9处；
[0119] 在第一箱框2和第二箱框3的侧框壁上均开孔，将第一导线一端通过第一箱框开孔4与第一金属网7连接，另一端连接外接电源17的正极，将第二导线的一端通过第二箱框开孔5与第二金属网8连接，另一端连接外接电源17的负极，第二导线上串联外接电阻，电压采集器并联于外接电阻上；
[0120] 通过第一箱框2的第二框口向所述第一箱框2内填充导电粉1，用第二隔膜10分别封装第一箱框2的第二框口及第二箱框3的第四框口，并在第一箱框2的侧框壁上开设用于向第一箱框2内注入产电微生物的注入口6。
[0121] 其中，外接电阻为10Ω，如图1所示，导电粉1为20目石墨粉；第一箱框2和第二箱框3均为100mm×100mm，厚度为10mm的方框；第一金属网7和第二金属网8均为1.0mm的不锈钢网；第一隔膜9为3层厚度均为0.1mm的玻璃纤维毡；第二隔膜10为一层厚度为0.1mm的玻璃纤维毡。
[0122] 产电微生物的培养：
[0123] 牛肉膏琼脂培养基的配制：在烧杯内加水100mL，放入0.3g牛肉膏、1.0g蛋白胨和0.5g氯化钠，用蜡笔在烧杯外作上记号后，加热；待烧杯内各组分溶解后，加入1.5g琼脂，不断搅拌以免粘底，等琼脂完全溶解后用水定容至100mL，用10％氢氧化钠调整pH值到7.3，分装在各个试管里，加棉花塞，用高压蒸汽灭菌：1.05g/cm3、121℃维持22分钟，即得所述牛肉膏琼脂培养基。
[0124] 将上述的微生物电化学传感器16放入试验箱15内，按第一箱框2的第二框口或第二箱框3的第四框口的框口面垂直于地下水流方向插入土壤饱水层中，使地下水垂直流过第二框口进入所述第一箱框2内；在微生物电化学传感器16的周围覆土；如图3所示，在试验箱15的前端依次连接进水槽12，蠕动泵13，注药孔14；试验箱15的后端连接出水槽18；然后向进水槽12中装入1mg/L的苯系物(C苯:C甲苯:C二甲苯:C乙苯＝1:1:1:1)的污染物溶液，由蠕动泵13向砂箱内泵入，泵入速度为4mL/min，通过外接电压采集器采集的电压强度判断传感器启动情况，待5天电压采集器输出电压平稳后，取出传感器中石墨粉。通过刮取得微生物膜，在牛肉膏琼脂培养基中进行扩增培养3次；再次将菌种移植至新鲜的牛肉膏琼脂培培养基进行扩增培养，即得产电微生物，保存至-4℃冰箱中。
[0125] 微生物电化学传感器在土壤地下水锰污染预警中的应用：
[0126] 将上述的微生物电化学传感器16放入试验箱15内，按第一箱框2的第二框口或第二箱框3的第四框口的框口面垂直于地下水流方向插入土壤饱水层中，使地下水垂直流过第二框口进入所述第一箱框2内；在微生物电化学传感器16的周围覆土；如图3所示，在试验箱15的前端依次连接进水槽12，蠕动泵13，注药孔14；试验箱15的后端连接出水槽18；通过注入口6向第一箱框2内注入25mL产电微生物，然后向进水槽12中装入去离子水，由蠕动泵13向砂箱内泵入，泵入速度为4mL/min，通过外接电压采集器采集的电压强度判断传感器启动情况，待5天电压采集器输出电压平稳后，如图4所示，由注药孔14向导管中注入50mL浓度为0.5mg/L的苯系物溶液，1min内完成注药。第一次注药6h后进行第二次注药，由注药孔14向导管中注入50mL浓度为5.0mg/L的苯系物溶液，1min内完成注药。
[0127] 第一次注药3h后，电流密度并未发生显著变化。第二次注药3h后，电流密度由2.00A/m2急速下降至0.53A/m2，并保持4h以上(图9)，电流密度下降率为73.5％，反应时间为
84s左右，说明传感器可快速对苯系物污染物浓度升高做出响应，且响应效果明显，具备预警作用。
84s左右，说明传感器可快速对苯系物污染物浓度升高做出响应，且响应效果明显，具备预警作用。
[0128] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
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