一种基于浓缩计数的快速测量水中菌落总数的方法及装置

摘要

本发明涉及一种基于浓缩计数的快速测量水中菌落总数的方法及装置，该方法是将待检测水通过超细孔过滤网过滤，所得浓缩液通过阻抗法测量其中的细菌总数；所述的超细孔过滤网的孔径＜0.2μm。采用的装置包括在线装置和非在线装置。与现有技术相比，本发明具有简单、快速、低成本低等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及水中菌落测量，尤其是涉及一种基于浓缩计数的快速测量水中菌 落总数的方法及装置。

背景技术

水的质量与安全向来是人们关心的重要问题。当今社会水质引起的事件越来越 多。但水质测量有其特点和难点：1、即便是受污染的水体，细菌在水体中所占比 例的绝对值仍很小；2、饮用水中，细菌数量非常微小。根据GB17324-2003[5]的 规定，每毫升水中菌落总数小于20CFU(见表1)。

表1微生物指标

要对如此微小数量的物质进行测量，即便是精细的现代测试方法和设备均无法 实现直接测量。通过培养方式提高细菌比例，加以反向推演测算方式，间接获取被 测液体的细菌含量是目前水质测量的原则和基本方法。这导致现有测量方法和技术 存在检测速度慢、操作复杂、无法在线实时检测、检测费用昂贵等问题。目前，正 常检测时间需耗时24～48小时，低于24小时的方法属于快速检测法，但均难以满 足人民生活、工业生产和政府公共卫生管理的需要。

低于1小时的超快速细菌总数检测方法，对其研究以及相关测量装置的研制变 得十分迫切。

目前已报道的微生物检测方法有很多，但国际上普遍认可的标准方法是传统的 培养计数法，其它新技术正逐渐发展与完善中。

1996年Hobson等将微生物检测技术分为生物电化学和非生物电化学两大类。 前者包括阻抗，电导法、电势测定法、燃料电池技术、循环/方波伏安法、电流分 析法等检测由微生物引起的电极间电荷转移信号的一类方法。后者包括干重、活菌 计数和浊度等传统方法，还包括一些特殊技术，如：微量热法、荧光.抗体技术、 辐射测量法、生物发光法、压电薄膜法等等，以及检测核酸、蛋白质、脂类衍生物、 碳/磷酸盐、新陈代谢酶等细胞成分的方法。

2000年Ivnitski等又将细菌检测技术分为：培养计数法、显微镜观察计数法等 一般方法；用压电晶体、阻抗仪、氧化还原反应、光学技术、量热法、超声波技术 等检测物理量的方法：检测ATP(生物发光)、DNA、蛋白质、脂类衍生物(生物化 学方法)、放射性同位素(辐射度量学)等细胞成分的方法。

2003年Alocilja和Radke分析了美国国内致病菌检测技术的市场前景。

2004年Deisingh和Thompson将检测传染性细菌的生物传感器，划分成：电 化学方法、高频生物传感器(如压电晶体、表面超声技术SAW、石英晶体微天平 QCM、表面等离子体共振SPR等)、光学生物传感器、电子鼻等四类。

2005年Noble和Weisberg对适用于海滨浴场水质分析的细菌快速检测方法进 行了归纳，这些方法的特点是能在1小时内完成检测。根据各部分的目的，整个过 程一般包括：捕捉目标菌和定量检测两步，此外为提高检测限，往往还先有一个预 培养增菌过程。目标菌的捕捉可有三类方法：①单细胞识别，如用免疫测定技术、 特殊分子探针；②核酸方法，如聚合酶链式反应PCR、定量PCR、NASBA：③酶 /底物方法。最后的检测过程可利用光学、电化学或压电等原理实现。除上述基本 方法外，文献重点分析了一些利用多种技术结合的具有实用前景的方法，如：双波 长荧光测定法、免疫测定法、基于PCR技术的方法。

2007年Lazcka等分析总结了致病菌检测技术应用的现状与趋势，根据认知普 遍性的高低，主要划分为PCR技术、培养与菌落计数法、ELISA技术、生物传感 器、电泳技术等几大类。其中生物传感器按信号转换原理又有光学、电化学、压电 等不同类型。

目前细菌总数的快速测量普遍运用阻抗法。该方法的实质在于：对不同的细菌 进行一定时间的培养，以使培养基和电极间发生显著的性质变化。原因在于：用阻 抗法检测下限为10³CFU，依据国标合格的饮用水细菌含量小于20CFU/mL。当菌 落形成单位(CFU，Colony-Forming Units)值达到阻抗法检测下限及之后，检测值出 现明显变化。计算检测起始时刻到发生明显变化所需时长，根据不同菌落生长规律 计算式，可反向推出细菌总数初始值。但是，多种类细菌存在时，各菌种所占比例 的不同将影响阻抗法的精度。

仔细分析，阻抗法存有两大缺陷：1.需要培养。这将导致一些列问题，如培养 液选择、操作复杂、测试费用昂贵、无法在线直测等诸多问题；2.测量时间长，需 以百分钟计算。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于浓缩计 数的快速测量水中菌落总数的方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于浓缩计数的快速测量水 中菌落总数的方法，其特征在于，该方法是将待检测水通过超细孔过滤网过滤，所 得浓缩液通过阻抗法测量其中的细菌总数；所述的超细孔过滤网的孔径＜0.2μm。

所述的超细孔过滤网的孔径＞0.4nm。水分子的直径为0.4nm，一般细菌的直径 约在0.5～5μm之间，最小的有0.2μm，远大于水分子。也就是说超细孔过滤网可 以轻而易举地将大部分细菌与水分离，由此可实现细菌浓度较高的测试液，不再需 要增菌过程，方便极快速的直接检测。

一种实施所述方法的在线测量装置，该装置安装在直饮水系统中，其特征在于， 该装置包括入水管、出水管、排污管、排污管阀、超细孔过滤网、测试电极对、流 量阀，所述的入水管连接直饮水系统的水源入水口，所述的出水管连接直饮水系统 的进水口，所述的超细孔过滤网设置在入水管和出水管之间，并在超细孔过滤网上 设有测试电极对，所述的排污管连通至超细孔过滤网上方，所述的排污管阀设置在 排污管上，所述的流量阀设置在入水管上。

所述的流量阀调节超细孔过滤网上方水压为0.1～0.4MPa。所述的入水管可连 接与增压泵，使得超细孔过滤网上方水压保证在0.1～0.4MPa。

所述的入水管、出水管、排污管、排污管阀、流量阀均采用卫生防菌材料制成， 所述的卫生防菌材料包括透明石英材料。

所述的测试电极对连接阻抗法测试装置。阻抗法测试装置为现有市售装置。

一种实施所述方法的非在线测量装置，其特征在于，该装置包括带刻度的石英 腔筒、入水管、止水夹、压力活塞、超细孔过滤网、测量电极对，所述的入水管设 置在石英腔筒侧壁上，并在入水管上设有止水夹，所述的压力活塞从石英腔筒顶部 插入，所述的超细孔过滤网设置在石英腔筒内，所述的测量电极对设置在超细孔过 滤网上。采用压力活塞施加压力，使得超细孔过滤网上方水压保证在0.1～0.4MPa。

所述的超细孔过滤网的大小和形状与所述石英腔筒的横截面相同。石英腔筒和 压力活塞参照玻璃针筒为原型设计实现，制造时，止水夹、超细孔过滤网即为HEPA 微滤网均要具备承受0.1～0.4MPa压力差的能力。

与现有技术相比，本发明针对饮用水的特点：1、体量大，2、水分子直径为 0.4纳米，细菌口径超过500纳米，远大于水分子直径，3、阻抗测量时需要将待测 液体在培养液中培养较长时间，使细菌浓度达到一定CFU值方可检出等等，在市 场调研基础上，提出了基于“浓缩计数”而非培养计数的新方法，即基于微滤网聚 束细菌，免除培养时间的超快速菌落总数电测方法。在新方法指导下，设计了一款 在线式测量装置、一款手动式廉价快速测量装置，简单快速低成本地测出了水中的 菌落总数。

附图说明

图1为本发明在线菌落总数测量装置的示意图；

图2为本发明非在线菌落总数测量装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种实施基于浓缩计数的快速测量水中菌落总数方法的在线测量 装置，该装置安装在直饮水系统中，该装置包括入水管1、出水管2、排污管3、 排污管阀4、超细孔过滤网5、测试电极对6、流量阀，所述的入水管1连接直饮 水系统的水源入水口7，所述的出水管2连接直饮水系统的进水口8，所述的超细 孔过滤网5设置在入水管1和出水管2之间，并在超细孔过滤网5上设有测试电极 对6，所述的排污管3连通至超细孔过滤网上方，所述的排污管阀4设置在排污管 3上，所述的流量阀设置在入水管上，调节流量阀控制超细孔过滤网5上方水压为 0.1～0.4MPa。所述的入水管可连接与增压泵，使得超细孔过滤网上方水压保证在 0.1～0.4MPa。

所述的入水管、出水管、排污管、排污管阀、流量阀均采用卫生防菌材料制成， 所述的卫生防菌材料包括透明石英材料。

0.4nm＜超细孔过滤网的孔径＜0.2μm。水分子的直径为0.4nm，一般细菌的直 径约在0.5～5μm之间，最小的有0.2μm，远大于水分子。也就是说超细孔过滤网 可以轻而易举地将大部分细菌与水分离，由此可实现细菌浓度较高的测试液，不再 需要增菌过程，方便极快速的直接检测。弯管以及电极引出端的密封，以防水喷出。

测试时，待检测水通过超细孔过滤网5过滤，通过增压泵控制超细孔过滤网5 上方的水压为0.1～0.4MPa，在超细孔过滤网5上方得到浓缩液，该浓缩液通过连 接现有阻抗法测量装置的测试电极对6测量其中的细菌总数；根据待检测水的流通 量和浓缩液的量计算得出，待检测水中的细菌量。

实施例2

如图2所示，一种实施基于浓缩计数的快速测量水中菌落总数方法的非在线测 量装置，该装置包括带刻度的石英腔筒21、入水管22、止水夹23、压力活塞24、 超细孔过滤网25、测量电极对26，所述的入水管22设置在石英腔筒21侧壁上， 并在入水管22上设有止水夹23，所述的压力活塞24从石英腔筒21顶部插入，所 述的超细孔过滤网25设置在石英腔筒21内，所述的超细孔过滤网25的大小和形 状与所述石英腔筒21的横截面相同。所述的测量电极对26设置在超细孔过滤网 25上。石英腔筒21和压力活塞24参照玻璃针筒为原型设计实现，制造时，止水 夹、超细孔过滤网即为HEPA微滤网均要具备承受0.1～0.4MPa压力差的能力。0.4 nm＜超细孔过滤网的孔径＜0.2μm。

使用时，通过压力活塞24施加压力，使得超细孔过滤网25上方水压保证在 0.1～0.4MPa，在超细孔过滤网25上方得到浓缩液，该浓缩液通过连接现有阻抗法 测量装置的测试电极对26测量其中的细菌总数；根据待检测水的总量和浓缩液的 量计算得出，待检测水中的细菌量。

如100mL的测试液，通过过滤，得到1ml浓缩滤液，若测得其细菌总数为 2000CFU/mL，则可方便地计算出测试液的细菌总数为20CFU/mL。