一种生物阴极传感器及其应用

1.本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种生物阴极传感器及其应用。


背景技术：

2.传统水质污染检测方法依赖于大型仪器，效率和便利性较低，难以实现污染物的实时在线监测。微生物电化学技术是一种新型的生物监测技术，可用于水中有毒物质和有机物的监测。监测过程主要依赖于电活性生物膜和电极之间独特的电子转移模式，称为细胞外电子转移过程(eet)。当目标污染物突然存在或浓度发生变化时，电活性微生物的代谢活性或模式会受到影响，通过传感器将其转化为电信号的变化。
3.微生物电化学传感元件通常可分为阳极型和阴极型。而在目标分析物监测过程中，生物阳极传感器经常受到各种水质参数的影响。在监测前需要对厌氧处理的水和碳源进行补充，以保证生物阳极传感器具有稳定的基线信号。此外，由于需要有机物作为电子供体，阳极上的异养生物膜可能会限制目标分析物的传质过程，从而降低传感器的灵敏度。与生物阳极相比，生物阴极传感器能够在不添加有机物的情况下监测好氧水环境，具有更低的检测限和更高的灵敏度。
4.然而，目前并没有可以能用于监测区分水体中有机物和毒性物质的生物阴极传感器。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种生物阴极传感器及其应用，本发明提供的提供的生物阴极传感器能够用于监测并识别水体中有机物(非毒性)和毒性物质。
6.为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
7.本发明提供了一种生物阴极传感器，包括电解池和三电极体系，所述三电极体系包括工作电极、对电极和参比电极，其特征在于，所述工作电极包括修饰电极和负载在所述修饰电极表面的阴极生物膜：所述修饰电极包括基础电极和修饰材料；所述修饰材料包括核黄素或铁卟啉；
8.所述阴极生物膜为以moheibacter为主的混菌体系。
9.优选地，所述工作电极的制备包括：
10.在以修饰电极为工作电极，不锈钢网为对电极，ag/agcl为参比电极的三电极体系下，以有机碳源作为电解液，将接种源进行电异养阳极生物膜的驯化，得到负载阳极生物膜的阳极；
11.所述接种源为稳定运行3年以上的mfcs出水；
12.将所述负载阳极生物膜的阳极进行电极极性反转后，在阴极电解液和溶解氧的条件下，进行电自养阴极生物膜的驯化，得到所述工作电极。
13.优选地，所述基础电极为碳毡电极、碳布电极或碳刷电极。
14.优选地，所述修饰材料在所述碳毡电极上的负载量为5～50mg/cm2。
15.优选地，当所述修饰材料为核黄素时，修饰电极的制备方法包括以下步骤：
16.在避光条件下，将所述基础电极浸泡于海藻酸钠和核黄素的混合液，进行核黄素的负载，得到负载核黄素和海藻酸钠的电极；
17.将负载核黄素和海藻酸钠的电极浸泡于无机钙盐溶液，进行离子交换，得到所述修饰电极。
18.优选地，所述交联剂包括cacl2溶液和/或srcl2溶液。
19.优选地，当所述修饰材料为铁卟啉时，修饰电极的制备方法包括以下步骤：
20.以铁卟啉的h2so4溶液为电解液，以基础电极为工作电极，采用三电极系统进行循环伏安扫描，得到修饰电极。
21.优选地，所述循环伏安扫描的电压范围为-1.1～2.2v；所述循环伏安扫描的圈数为4～6圈；所述循环伏安扫描的的扫速为50～150mv/s。
22.本发明还提供了一种利用所述的所述的生物阴极传感器识别水体中非毒性有机物和毒性物质的方法，包括以下步骤：
23.将待测水样置于所述生物阴极传感器中，进行电化学检测，得到响应电流密度；
24.若检测结果的响应电流恢复至基线电流密度，则待测水样中只含有非毒性有机物；
25.若检测结果的响应电流密度恢复，但未恢复至基线电流密度，则待测水样中含有非毒性有机物和毒性物质；
26.若检测结果的响应电流密度未恢复，则待测水样中只含有毒性物质。
27.本发明还提供了一种利用所述的生物阴极传感器检测水体中非毒性有机物和毒性物质含量的方法，包括以下步骤：
28.将待测水样置于所述生物阴极传感器中，进行电化学检测，分别得到非毒性有机物响应电流密度和毒性物质响应电流密度；
29.根据非毒性有机物响应电流密度与预定的非毒性有机物标准曲线，得到待测水样中非毒性有机物的含量；
30.根据毒性物质响应电流密度与预定的毒性物质标准曲线，得到待测水样中非毒性有机物的含量；
31.所述毒性有机物响应电流密度为基线电流密度与恢复电流密度的差值；
32.所述非毒性物质响应电流密度为恢复电流密度与谷值电流密度的差值。
33.本发明提供了一种生物阴极传感器，包括电解池和三电极体系，所述三电极体系包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极包括修饰电极和负载在所述修饰电极表面的阴极生物膜：所述修饰电极包括基础电极和修饰材料；所述修饰材料包括核黄素或铁卟啉；所述阴极生物膜为以moheibacter为主的混菌体系。本发明通过以修饰电极和极性反转的方式快速富集了以moheibacter菌为主的生物阴极生物膜，不仅解决了生物阴极成膜困难，缩短了传感器的启动时间，提高了传感器的基线电流，还能区分有机物和毒物。
附图说明
34.图1为实施例1～2和对比例1生物阳极启动i-t曲线图；
35.图2为实施例1～2和对比例1生物阴极启动i-t曲线图；
36.图3为应用例1～2和对比应用例1的生物阴极传感器对不同浓度bod响应电流密度变化图；
37.图4为应用例3～4和对比应用例2的生物阴极传感器对不同浓度甲醛响应电流密度变化图；
38.图5为应用例3的生物阴极传感器对甲醛和乙酸钠的响应电流密度变化图。
具体实施方式
39.本发明提供了一种生物阴极传感器，包括电解池和三电极体系，所述三电极体系包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极包括修饰电极和负载在所述修饰电极表面的阴极生物膜：所述修饰电极包括基础电极和修饰材料；所述修饰材料包括核黄素或铁卟啉；所述阴极生物膜为以moheibacter为主的混菌体系。
40.如无特殊说明，本发明对所用制备原料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。
41.本发明提供了一种生物阴极传感器，包括电解池和三电极体系，所述三电极体系包括工作电极、对电极和参比电极。
42.在本发明中，所述对电极优选为不锈钢电极，所述参比电极优选为ag/agcl电极。
43.在本发明中，所述工作电极包括修饰电极和负载在所述修饰电极表面的阴极生物膜。
44.在本发明中，所述修饰电极包括基础电极和修饰材料；所述修饰材料包括核黄素或铁卟啉。
45.在本发明中，所述基础电极优选为碳毡电极、碳布电极或碳刷电极，更优选为碳毡电极；所述修饰材料在所述基础电极上的负载量优选为5～50mg/cm2，更优选为50mg/cm2。
46.在本发明中，当所述修饰材料为核黄素时，修饰电极的制备方法包括以下步骤：
47.在避光条件下，将所述基础电极浸泡于海藻酸钠和核黄素的混合液，进行核黄素的负载，得到负载核黄素和海藻酸钠的电极；
48.将负载核黄素和海藻酸钠的电极浸泡于无机钙盐溶液，进行离子交换，得到所述修饰电极。
49.在本发明中，在对碳毡电极进行修饰前，优选还包括将碳毡电极依次进行除杂和洗涤，在本发明中，所述除杂优选将碳毡电极浸泡于丙酮中过夜。在本发明中，所述洗涤优选为依次进行的乙醇超声洗涤和去离子水超声洗涤，所述乙醇超声洗涤的次数优选为3次，所述去离子水超声洗涤的次数优选为3次，每次洗涤的时间优选为15～20min。
50.在本发明中，所述海藻酸钠和核黄素的混合液的制备优选将核黄素溶液和海藻酸钠溶液混合，得到海藻酸钠和核黄素的混合液。在本发明中，所述核黄素溶液的浓度优选为1～20mmol/l，更优选为5～10mmol/l。在本发明中，所述海藻酸钠溶液的质量浓度优选为0.1～2％，更优选为0.5～1.5％。在本发明中，所述海藻酸钠溶液和核黄素溶液的体积比优选为1:2。在本发明中，所述交联剂优选包括cacl2溶液/或srcl2溶液，更优选为cacl2溶液。在本发明中，所述无机钙盐溶液的质量浓度优选为0.4～0.6％，更优选为0.5％。
51.在本发明中，浸泡于海藻酸钠溶液和核黄素溶液的混合液中的时间优选为8～12h，更优选为10h。在本发明中，所述浸泡于无机钙盐溶液中的时间优选为1.5～2.5h，更优
选为2h。
52.在本发明中，所述浸泡于无机钙盐溶液后，优选还包括进行洗涤和干燥，所述洗涤的试剂优选为去离子水，所述洗涤优选洗涤至上清液澄清的程度。在本发明中，所述干燥的温度优选为室温晾干。
53.在本发明中，当所述修饰材料为铁卟啉时，修饰电极的制备方法包括以下步骤：
54.以铁卟啉的h2so4溶液为电解液，以基础电极为工作电极，采用三电极系统进行循环伏安扫描，得到修饰电极。
55.在本发明中，所述铁卟啉的h2so4溶液包括铁卟啉和h2so4溶液，在本发明中，所述h2so4溶液的浓度优选为0.08～0.12mol
·
l-1
，更优选为0.1mol
·
l-1
。在本发明中，所述铁卟啉的h2so4溶液中铁卟啉的浓度优选为0.01～0.015mmol
·
l-1
，更优选为0.013mmol
·
l-1
。
56.在本发明中，所述循环伏安扫描的电压优选为-1.1～2.2v，更优选为1～2v；所述循环伏安扫描的圈数优选为4～6圈，更优选为5圈；所述循环伏安扫描的的扫速优选为50～150mv/s，更优选为100mv
·
s-1
。
57.在本发明中，所述工作电极的制备包括：
58.在以修饰电极为工作电极，不锈钢网为对电极，ag/agcl为参比电极的三电极体系下，以有机碳源作为电解液，将接种源进行电异养阳极生物膜的驯化，得到负载阳极生物膜的阳极；
59.所述接种源为稳定运行3年以上的mfcs出水；
60.将所述负载阳极生物膜的阳极进行电极极性反转后，在阴极电解液和溶解氧的条件下，进行电自养阴极生物膜的驯化，得到所述工作电极。
61.本发明在在以修饰电极为工作电极，不锈钢网为对电极，ag/agcl为参比电极的三电极体系下，以有机碳源作为电解液，将接种源进行电异养阳极生物膜的驯化，得到负载阳极生物膜的阳极。
62.在本发明中，所述接种源优选为实验室稳定运行两年以上的mfcs出水，更优选为稳定运行3年的mfcs出水。
63.在本发明中，所述电异养阳极生物膜的驯化的条件包括：有机碳源优选包括乙酸钠溶液，所述乙酸钠溶液的浓度优选为1～3mg/l，更优选为1mg/l。
64.得到阳极生物膜后，本发明将所述负载阳极生物膜的阳极进行电极极性反转后，在阴极电解液和溶解氧的条件下，进行电自养阴极生物膜的驯化，得到所述工作电极。
65.在本发明中，所述阴极电解液优选包括碳酸氢钠溶液，所述碳酸氢钠溶液的质量浓度优选为0.94～1mg/l，更优选为0.94mg/l。
66.在本发明中，所述电自养阴极生物膜的驯化的条件优选包括：溶解氧的浓度优选为6～8mg/l，更优选为8mg/l，电压优选为-0.6～0v，更优选为-0.2v。在本发明中，所述电自养阴极生物膜的驯化优选在恒电位模式下进行。
67.本发明还提供了一种利用所述的生物阴极传感器识别水体中bod和毒性物质的方法，包括以下步骤：
68.将待测水样置于所述生物阴极传感器中，进行电化学检测，得到响应电流；
69.若检测结果的响应电流能够恢复至基线电流密度，则待测水样中只含有非毒性有机物；
70.若检测结果的响应电流能够恢复，但不能恢复至基线电流密度，则待测水样中含有非毒性有机物和毒性物质；
71.若检测结果的响应电流不能恢复，则待测水样中只含有毒性物质。
72.在本发明中，所述非毒性有机物的识别机理是：电自养阴极生物膜从电极上获取电子实现电自养生长，此时输出恒定的电流信号；一旦水体中出现有机物时，将从电自养状态转变为异养状态，此时表现为电流信号的下降，等水体中的有机物被消耗完，电自养阴极生物膜重新表现为自养状态，电流恢复至基线电流。
73.在本发明中，所述毒性物质的识别机理是：电自养阴极生物膜从电极上获取电子实现电自养生长，此时输出恒定的电流信号；一旦水体中出现毒性物质时，会毒化部分电自养阴极生物，使得电流信号下降且不可恢复。
74.本发明还提供了利用上述所述的生物阴极传感器检测水体中非毒性有机物和毒性物质含量的方法，包括以下步骤：
75.将待测水样置于所述生物阴极传感器中，进行电化学检测，分别得到非毒性有机物响应电流密度和毒性物质响应电流密度；
76.根据非毒性有机物响应电流密度与预定的非毒性有机物标准曲线，得到待测水样中非毒性有机物的含量；
77.根据毒性物质响应电流密度与预定的毒性物质标准曲线，得到待测水样中非毒性有机物的含量；
78.所述毒性有机物响应电流密度为基线电流密度与恢复电流密度的差值；
79.所述非毒性物质响应电流密度为恢复电流密度与谷值电流密度的差值。。
80.以水体中含有非毒性有机物和毒性物质时为例，解释非毒性有机物响应电流和毒性物质响应电流的判定。
81.在本发明中，所述基线电流密度与谷值电流密度的差值为非毒性有机物响应电流密度和毒性物质响应电流密度之和；所述基线电流密度与恢复电流密度的差值为毒性响应电流，因此，所述非毒性有机物响应电流密度为恢复电流密度与谷值电流密度的差值。
82.在本发明中，所述预定的非毒性有机物标准曲线的制备方法优选包括：
83.待生物阴极传感器的电流达到稳定基线电流平台12h后，对传感器依次进行bod5浓度为10mg/l、30mg/l、50mg/l、70mg/l的待测非毒性有机物测试，拟合电流密度与相应的bod5值，得到待测非毒性有机物的标准曲线。
84.在本发明中，所述预定的毒性物质标准曲线的制备方法优选包括：
85.待生物阴极传感器的电流达到稳定基线电流平台12h后，将系列浓度10ppm、30ppm、50ppm、70ppm的毒性物质溶液利用所述生物阴极传感器进行测试，拟合电流密度与相应的毒性物质浓度，得到待测毒物的标准曲线。
86.在本发明中，所述毒性物质优选为甲醛。
87.在本发明中，所述检测前，所述生物阴极传感器的输出出电流信号需要续稳定12～48h。
88.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限制。
89.实施例1
90.核黄素修饰电极(rf)：采用质量浓度为1％的海藻酸钠溶液和5mm核黄素溶液按照1:2的体积比混合均匀，在避光环境中将碳毡放入溶液中浸泡10h。取出电极，置于0.5％cacl2溶液中浸泡2h，用去离子水清洗后在常温下晾干，得到核黄素修饰电极。
91.将上述核黄素修饰电极作为阳极、以不锈钢网作为对电极、以ag/agcl电极作为参比电极，将三电极接入三电极单室反应器内，以实验室稳定运行三年的mfcs出水为接种源，在0v电位下实现阳极生物膜的驯化，在当电流值低于0.5ma时，更换新的阳极电解液并记为1个完整的驯化周期。在培养5个周期后，阳极生物膜培养成熟。
92.完成阳极生物膜的驯化后，进行电极极性反转，然后，将三电极单室反应器连接到多通道恒电位仪(chi 1000c)上，在阴极电解液(nahco3溶液，浓度为0.94mg/l)和溶解氧(浓度为8mg/l，由外置曝气装置提供)的条件下，进行电自养阴极生物膜的驯化(驯化时，电压为-0.2v)，得到所述生物阴极传感器。
93.实施例2
94.铁卟啉修饰电极(fp)：以含0.013mmol
·
l-1
铁卟啉粉末的0.1mol
·
l-1
h2so4的溶液为电解液，在电压2.2v的条件下以100mv
·
s-1
的扫速进行循环伏安扫描。循环伏安扫描后，将其用蒸馏水清洗，然后在60℃烘箱中烘干，得到铁卟啉修饰电极。
95.将上述铁卟啉修饰电极作为阳极、以不锈钢网作为对电极、以ag/agcl电极作为参比电极，将三电极接入三电极单室反应器内，以实验室稳定运行三年的mfcs出水为接种源，在0v电位下实现阳极生物膜的驯化。
96.完成阳极生物膜的驯化后，进行电极极性反转，然后，将三电极单室反应器连接到多通道恒电位仪(chi 1000c)上，在阴极电解液(nahco3溶液，浓度为0.94mg/l)和溶解氧(浓度为8mg/l，由外置曝气装置提供)的条件下，进行电自养阴极生物膜的驯化(驯化时，电压为-0.2v)，得到所述生物阴极传感器。
97.对比例1
98.与实施例1的区别仅仅在于，阳极为未经修饰的碳毡电极。
99.图1为实施例1～2和对比例1生物阳极启动i-t曲线图，从图1可知：阳极启动阶段，铁卟啉修饰组反应器的启动时间最短，峰值电流密度最大。
100.图2为实施例1～2和对比例1生物阴极启动i-t曲线图，从图2可知：阳转阴后，铁卟啉修饰组生物阴极的输出电流密度最大。
101.应用例1
102.待实施例1制备的生物阴极传感器输出电流信号持续稳定48h时，将含有不同浓度的乙酸钠溶液(10mg/l、30mg/l、50mg/l、70mg/l)分批注入所述生物阴极传感器中，进行测试，并通过时间电流曲线记录所述生物阴极传感器对bod的响应情况，以测试传感器性能。
103.应用例2
104.待实施例1制备的生物阴极传感器输出电流信号持续稳定48h时，将含有不同浓度的乙酸钠溶液(10mg/l、30mg/l、50mg/l、70mg/l)分批注入所述生物阴极传感器中，进行测试，并通过时间电流曲线记录所述生物阴极传感器对bod的响应情况，以测试传感器性能。
105.对比应用例1
106.以对比例1所述生物阴极传感器输出电流信号持续稳定48h时，将含有不同浓度的乙酸钠溶液(10mg/l、30mg/l、50mg/l、70mg/l)分批注入所述生物阴极传感器中，进行测试，
并通过时间电流曲线记录所述生物阴极传感器对bod的响应情况，以测试传感器性能。
107.图3为应用例1～2和对比应用例1的氧还原生物阴极传感器对不同浓度bod响应电流变化图，从图3可知：三组生物阴极传感器均能连续对不同浓度有机物响应，其中铁卟啉修饰组对单位浓度有机物的响应最灵敏。
108.应用例3
109.待实施例1制备的生物阴极传感器输出电流信号持续稳定12h时，将含有不同浓度的甲醛溶液(传感器中的甲醛浓度分别为37ppm、74ppm、222ppm、370ppm、444ppm)分批注入所述生物阴极传感器中，进行测试，并通过时间电流曲线记录所述生物阴极传感器对毒性物质的响应情况，以测试传感器性能。
110.应用例4
111.待实施例2制备的所述生物阴极传感器输出电流信号持续稳定12h时，将含有不同浓度的甲醛溶液(传感器中的甲醛浓度分别为37ppm、74ppm、222ppm、370ppm、444ppm)分批注入所述生物阴极传感器中，进行测试，并通过时间电流曲线记录所述生物阴极传感器对毒性物质的响应情况，以测试传感器性能。
112.对比应用例2
113.待对比例1制备的生物阴极传感器输出电流信号持续稳定12h时，将含有不同浓度的甲醛溶液(传感器中的甲醛浓度分别为37ppm、74ppm、222ppm、370ppm、444ppm)分批注入所述生物阴极传感器中，进行测试，并通过时间电流曲线记录所述生物阴极传感器对毒性物质的响应情况，以测试传感器性能。
114.图4为应用例3～4和对比应用例2的氧还原生物阴极传感器对不同浓度甲醛响应电流变化图，从图4可知：当测试水样中同时存在有机物和毒性物质时，生物膜的活性由于受到毒物的抑制，传感器的输出电流密度将恢复部分。
115.应用例4
116.预定的非毒性有机物标准曲线的制备方法为：
117.待生物阴极传感器的电流达到稳定基线电流平台12h后，对传感器依次进行bod5浓度为10mg/l、30mg/l、50mg/l、70mg/l的待测非毒性有机物测试，拟合电流密度与相应的bod5值，得到待测非毒性有机物的标准曲线，标准曲线为：y＝0.0034x+0.017。
118.在本发明中，所述预定的毒性物质标准曲线的制备方法优选包括：
119.待生物阴极传感器的电流达到稳定基线电流平台12h后，将系列浓度10ppm、30ppm、50ppm、70ppm的毒性物质溶液利用所述生物阴极传感器进行测试，拟合电流密度与相应的毒性物质浓度，得到待测毒物的标准曲线，标准曲线为：y＝0.002x-0.0014。
120.待实施例2制备的生物阴极传感器输出电流信号持续稳定12h时，将含有74ppm的甲醛和10mg/l的乙酸钠混合液注入所述生物阴极传感器中，进行测试，并通过时间电流曲线记录所述生物阴极传感器对毒性/有机物混合液的响应情况，以测试传感器性能，测试结果见图5。经测试，甲醛的相应电流密度为0.165a/m2；乙酸钠的相应电流密度为0.06a/m2，将甲醛的相应电流密度和乙酸钠的相应电流密度代入相应的标准曲线，可得到甲醛的浓度为82.2ppm，乙酸钠的浓度为12.6mg/l。
121.尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实
施例都属于本发明保护范围。

技术特征：
1.一种生物阴极传感器，包括电解池和三电极体系，所述三电极体系包括工作电极、对电极和参比电极，其特征在于，所述工作电极包括修饰电极和负载在所述修饰电极表面的阴极生物膜：所述修饰电极包括基础电极和修饰材料；所述修饰材料包括核黄素或铁卟啉；所述阴极生物膜为以moheibacter为主的混菌体系。2.根据权利要求1所述的生物阴极传感器，其特征在于，所述工作电极的制备包括：在以修饰电极为工作电极，不锈钢网为对电极，ag/agcl为参比电极的三电极体系下，以有机碳源作为电解液，将接种源进行电异养阳极生物膜的驯化，得到负载阳极生物膜的阳极；所述接种源为稳定运行3年以上的mfcs出水；将所述负载阳极生物膜的阳极进行电极极性反转后，在阴极电解液和溶解氧的条件下，进行电自养阴极生物膜的驯化，得到所述工作电极。3.根据权利要求1所述的生物阴极传感器，其特征在于，所述基础电极为碳毡电极、碳布电极或碳刷电极。4.根据权利要求1所述的生物阴极传感器，其特征在于，所述修饰材料在所述碳毡电极上的负载量为5～50mg/cm2。5.根据权利要求1所述的生物阴极传感器，其特征在于，当所述修饰材料为核黄素时，修饰电极的制备方法包括以下步骤：在避光条件下，将所述基础电极浸泡于海藻酸钠和核黄素的混合液，进行核黄素的负载，得到负载核黄素和海藻酸钠的电极；将负载核黄素和海藻酸钠的电极浸泡于无机钙盐溶液，进行离子交换，得到所述修饰电极。6.根据权利要求1所述的生物阴极传感器，其特征在于，所述交联剂包括cacl2溶液和/或srcl2溶液。7.根据权利要求1所述的生物阴极传感器，其特征在于，当所述修饰材料为铁卟啉时，修饰电极的制备方法包括以下步骤：以铁卟啉的h2so4溶液为电解液，以基础电极为工作电极，采用三电极系统进行循环伏安扫描，得到修饰电极。8.根据权利要求5所述的生物阴极传感器，其特征在于，所述循环伏安扫描的电压范围为-1.1～2.2v；所述循环伏安扫描的圈数为4～6圈；所述循环伏安扫描的的扫速为50～150mv/s。9.一种利用权利要求1～6任一项所述的生物阴极传感器识别水体中非毒性有机物和毒性物质的方法，包括以下步骤：将待测水样置于所述生物阴极传感器中，进行电化学检测，得到响应电流密度；若检测结果的响应电流恢复至基线电流密度，则待测水样中只含有非毒性有机物；若检测结果的响应电流密度恢复，但未恢复至基线电流密度，则待测水样中含有非毒性有机物和毒性物质；若检测结果的响应电流密度未恢复，则待测水样中只含有毒性物质。10.一种利用权利要求1所述的生物阴极传感器检测水体中非毒性有机物和毒性物质含量的方法，包括以下步骤：
将待测水样置于所述生物阴极传感器中，进行电化学检测，分别得到非毒性有机物响应电流密度和毒性物质响应电流密度；根据非毒性有机物响应电流密度与预定的非毒性有机物标准曲线，得到待测水样中非毒性有机物的含量；根据毒性物质响应电流密度与预定的毒性物质标准曲线，得到待测水样中非毒性有机物的含量；所述毒性有机物响应电流密度为基线电流密度与恢复电流密度的差值；所述非毒性物质响应电流密度为恢复电流密度与谷值电流密度的差值。

技术总结
本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种生物阴极传感器及其应用。本发明提供的生物阴极传感器，包括电解池和三电极体系，所述三电极体系包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极包括修饰电极和负载在所述修饰电极表面的电自养阴极生物膜：所述修饰电极包括基础电极和修饰材料；所述修饰材料包括核黄素或铁卟啉；所述电自养阴极生物膜为以Moheibacter为主的混菌体系。本发明提供的生物阴极传感器能够用于监测并识别水体中非毒性有机物和毒性物质。性有机物和毒性物质。性有机物和毒性物质。


技术研发人员：王鑫 廖承美 韩沂琏 李楠
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/20