一种用于生物培养的厌氧瓶定量等压除氧装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种厌氧瓶定量等压除氧装置及方法，将一定体积的封闭厌氧瓶采用通气管连接成进气和出气两个气路，进气管一端与稳压气源相连，出气管一端刺入封闭顶空瓶，顶空瓶的出气管插入盛有一定体积水的容器中液面以下。根据样品瓶体积、待加入培养液体积以及除氧目标浓度要求，利用定量预测模型计算目标通气时间，打开稳压气源持续通气至设定时间后，立即拔出进气管，待出气管不再冒气泡时，立即拔出出气管，此时厌氧瓶内压力与大气压一致，且氧气浓度可通过顶空气相色谱仪对顶空瓶中的氧气浓度的测定结果获得，实现对厌氧瓶的定量等压除氧。同时，厌氧瓶氧气浓度也可通过预测模型根据厌氧瓶体积及通气时间计算而得。

【技术实现步骤摘要】
一种用于生物培养的厌氧瓶定量等压除氧装置及方法
本专利技术属于生物学及分析化学
，具体涉及一种用于生物培养的厌氧瓶定量等压除氧装置及方法。
技术介绍
厌氧微生物感染在临床各科感染中所占的比率越来越大,因而也受到了人们越来越多的重视。厌氧菌是人体内正常菌群的重要组成部分，因此厌氧菌感染也多为内源性和频发性。厌氧培养或气调培养是研究厌氧或兼性厌氧微生物生长及致病的重要手段，也是临床上致病厌氧菌的分离及鉴定的常规手段。而厌氧培养或气调培养的关键步骤之一是制造定量等压的气体环境，使得微生物在一定浓度氧气或无氧以及没有正负压压迫的环境中生长。据此，在实验室水平，建立用于生物培养的厌氧瓶定量等压除氧装置及方法尤为重要。目前，对厌氧瓶除氧的方法主要有两种：一是将培养液装入厌氧瓶后通过加热直接排出厌氧瓶中的氧气，或在加热过程中通过医用针管刺入封闭厌氧瓶胶塞排出瓶内的氧气；二是在厌氧培养体系加入吸氧剂(多为邻苯三酚和氢氧化钠溶液组合)吸收厌氧瓶内的氧气。一方面，上述除氧方法的目标均是去除厌氧瓶内的全部氧气，无法满足定量除氧的要求，以适应一定浓度氧气的厌氧培养或者气调培养。另一方面，上述培养方法在除氧完成后无法确认厌氧瓶内的氧气浓度和气体压力。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种用于生物培养的厌氧瓶定量等压除氧的装置及其除氧方法，通过该装置除氧后进行顶空气相色谱检测得到用于生物培养的厌氧瓶内的氧气浓度，并保证除氧前后瓶内压力无相对于大气压的正压和负压。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于生物培养的厌氧瓶定量等压除氧装置，包括具塞密封的厌氧瓶、顶空瓶及盛水容器；所述的厌氧瓶设置有进气管和通气管，进气管的一端与气源连接，另一端通过针头穿入厌氧瓶并置于瓶口部，通气管的两端分别通过针头穿入厌氧瓶和顶空瓶；所述的顶空瓶及盛水容器通过出气管连通，出气管的一端通过针头穿入顶空瓶并置于瓶底部，另一端浸入盛水容器液面下。利用上述装置进行厌氧瓶的定量等压除氧的方法，包括以下步骤：(1)根据公式(1)计算确定体积的厌氧瓶待加入一定体积的培养液且达到目标氧气浓度所需的通气时间；其中，Va为厌氧瓶的体积，单位mL；Vm为待加入培养液的体积，单位mL；Ctarget为厌氧瓶内除氧后的目标氧气浓度，单位％；t为所需的通气时间，单位s；(2)连接定量等压除氧装置，在100kPa的压力下通入不含氧的气体，达到上述通气时间后停止通气；(3)将除氧后的顶空瓶及空白对照顶空瓶均置于顶空进样器中，进行顶空气相色谱检测，根据氧气信号计算得到除氧后的顶空瓶内氧气浓度，该值等同于定量等压除氧装置中与顶空瓶连通的厌氧瓶内的氧气浓度。进一步地，所述步骤(2)中，停止通气后，立即拔出进气管的针头，用注射器快速向厌氧瓶注入培养液，待出气管在水中无气泡冒出时，立即拔出出气管的针头及连通厌氧瓶和顶空瓶的通气管。进一步地，所述步骤(3)中，根据公式(2)计算除氧后的顶空瓶的浓度，即为定量等压除氧装置中与顶空瓶连通的厌氧瓶内的氧气含量其中，Cmeasured为除氧后的顶空瓶内的氧气浓度测定值，单位％；A和A0分别为顶空气相色谱仪对除氧后顶空瓶和空白对照顶空瓶检测的氧气峰面积。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术所述的厌氧瓶定量等压除氧装置，包括密封的厌氧瓶、顶空瓶及盛水容器；结构及操作简单，适用于自动化推广及仪器开发；本专利技术所述的定量等压除氧方法是在确定的通气时间下向装置中通入气体，通气结束后，将顶空瓶置于顶空进样器中，并进行气相色谱检测氧气信号，计算得到顶空瓶内的氧气浓度，定量等压除氧装置中厌氧瓶与顶空瓶连通，二者瓶内的气体环境相同，因此得到厌氧瓶内的氧气含量。该装置和方法可定量除去厌氧瓶内的氧气，且保持厌氧瓶内气体压力不变，尤其适用于需要一定浓度氧气的生物气调培养。附图说明图1是本专利技术实施例一的定量等压除氧装置示意图；图2是本专利技术实施例一建立公式(1)所采集的数据集图；图3是本专利技术实施例一建立公式(8)中拟合参数对氧浓度的预测效果图；图4是本专利技术实施例二中目标氧气浓度与氧浓度测定值的比较图。其中，1-厌氧瓶，2-顶空瓶，3-盛水容器，4-通气管，41-进气管，42-出气管，43-针头。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。实施例一请参考图1，本专利技术的实施例提供了一种用于生物培养的厌氧瓶定量等压除氧装置，包括具塞密封的厌氧瓶1、顶空瓶2及盛水容器3；所述厌氧瓶1、顶空瓶2及盛水容器3采用通气管4连通形成密闭装置；所述通气管4分别通过针头穿入密封的厌氧瓶1和顶空瓶2中；连通气源与厌氧瓶1的部分通气管4为进气管41，连通顶空瓶2及盛水容器3的部分通气管4为出气管42。该装置采用厌氧瓶1与顶空瓶2和盛水容器3连通，可实现根据顶空瓶2的氧气浓度测定值间接确定与之连通的厌氧瓶1的氧气浓度值，根据出气管42在水面以下冒气泡的情况确定装置内是否具有相对于大气压的正压。具体地，所述进气管41的一端通过接头与气源连通，其另一端通过针头43穿入密封的厌氧瓶1内，且针头置于瓶口部；所述出气管42的一端通过针头43穿入密封的顶空瓶2内，其另一端浸入盛水容器3液面下。本专利技术实施例还提供了一种用于生物培养的厌氧瓶定量等压除氧方法，包括以下步骤：(1)根据公式(1)计算厌氧瓶1内达到目标氧气浓度所需的通气时间；其中：t为通气时间，单位s，Va为厌氧瓶1的体积，单位mL；Vm为待加入培养液的体积，单位mL；Ctarget为厌氧瓶内除氧后的目标氧气浓度，单位％；所述公式(1)具体推导过程为：当不含氧气体(可为氮气、二氧化碳、氢气或混合气)通过进气管41持续通入定量等压除氧装置并通过出气管42从水面下排出时，气体的流量可由泊肃叶定律表示为其中，V是充入装置内气体的体积，单位mL；t是通气时间，单位s；k为适用于特定气体置换装置的方程系数，单位mL.s-1.Kpa-1；Pv是定量等压除氧装置中阀门的表压，单位Kpa；P是装置中气体的压力，单位Kpa；Q是气体的流量，单位mL.s-1；假设气体流速足够慢，定量等压除氧装置内的气体压力可以及时通过排气管42排出，即定量等压除氧装置内的气体压力始终和外界大气压保持一致；同时，由于气阀的表压为固定压力，式(3)中Pv-P为定值，不随时间变化，即通气过程中的气体流量Q不随时间变化。在定量等压除氧装置中，氧气的物料平衡关系可表示为C0V0＝C(V+V0)(4)其中，C0(％，v/v)和V0(mL)是装置中氧气的初始浓度和体积，V0＝Va–Vm+21.6；C(％，v/v)是通气过程中氧气的浓度；将式(4)代入式(3)，即可得到在边界条件t＝0,C＝C0和t＝t,C＝C(t)下对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生物培养的厌氧瓶定量等压除氧装置，其特征在于，包括具塞密封的厌氧瓶、顶空瓶及盛水容器；所述的厌氧瓶设置有进气管和通气管，进气管的一端与气源连接，另一端通过针头穿入厌氧瓶并置于瓶口部，通气管的两端分别通过针头穿入厌氧瓶和顶空瓶；所述的顶空瓶及盛水容器通过出气管连通，出气管的一端通过针头穿入顶空瓶并置于瓶底部，另一端浸入盛水容器液面下。/n

【技术特征摘要】
20200412 CN 202010283126X1.一种用于生物培养的厌氧瓶定量等压除氧装置，其特征在于，包括具塞密封的厌氧瓶、顶空瓶及盛水容器；所述的厌氧瓶设置有进气管和通气管，进气管的一端与气源连接，另一端通过针头穿入厌氧瓶并置于瓶口部，通气管的两端分别通过针头穿入厌氧瓶和顶空瓶；所述的顶空瓶及盛水容器通过出气管连通，出气管的一端通过针头穿入顶空瓶并置于瓶底部，另一端浸入盛水容器液面下。


2.利用权利要求1所述的装置进行厌氧瓶的定量等压除氧的方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)根据公式(1)计算确定体积的厌氧瓶待加入一定体积的培养液且达到目标氧气浓度所需的通气时间；



其中，Va为厌氧瓶的体积，单位mL；Vm为待加入培养液的体积，单位mL；Ctarget为厌氧瓶内除氧后的目标氧气浓度，单位％；t为所需的通气时间，单位s；
(2)连...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春云，郭明全，李梦辉，
申请(专利权)人：中国科学院武汉植物园，
类型：发明
国别省市：湖北;42