一种基于Logistic拟合的水质综合毒性及疑似毒性物质测试方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Logistic拟合的水质综合毒性及疑似毒性物质测试方法，包括将费氏弧菌试剂分别加入阴性质控试剂和多个梯度稀释浓度的待测水样得到发光强度，并计算出多个梯度稀释浓度待测水样的发光抑制率；采用最小二乘法拟合得到稀释倍数与发光抑制率的待测水样logstic曲线，将EC50处水样稀释倍数作为待测水样的综合毒性强度；构建已知毒性物质的logstic曲线库，通过动态时间规整算法将待测水样logstic曲线与已知毒性物质的logstic曲线进行相似度比较通过softmax算法得到疑似毒性物质的概率分布确定为待测水样的疑似毒性物质。该方法能够快速准确的检测水质综合毒性强度和疑似毒性物质。性强度和疑似毒性物质。性强度和疑似毒性物质。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Logistic拟合的水质综合毒性及疑似毒性物质测试方法


[0001]本专利技术属于水质毒性检测
，具体涉及一种基于Logistic拟合的水质综合毒性及疑似毒性物质测试方法。

技术介绍

[0002]发光细菌毒性试验是根据细菌发光强度与毒性物质之间的负相关性，该方法已被广泛应用。发光细菌是一类含有lux基因，能够发出可见光，且分布非常广泛，多数菌种分布在海洋中，少数菌种分布在陆地上。现在已知的发光细菌有弧菌属(Vibrio)、发光杆菌属(Photobacterium)、希瓦氏菌属(Shewanella)和光杆菌属(Photorhabdus)四种。发光细菌在正常生理条件下能发出450～490nm蓝绿色可见光，在一定的环境条件下发光强度比较稳定。其发光机理为特异性荧光酶(LE)、还原性黄素单核苷酸(FMNH2)、八碳以上长链脂肪醛(RCHO)、氧分子(O2)所参与的复杂反应，FMN为黄素单核苷酸，大致反应历程如下：
[0003]FMNH2+LE
→
FMNH2·
LE+O2→
LE
·
FMNH2·
O2+RCHO
[0004]→
LE
·
FMNH2·
O2·
RCHO
[0005]→
LE+FMN+H2O+RCOOH+光
[0006]发光细菌发光是细菌体内正常生理氧化反应的结果。发光细菌的发光过程极易受到外界条件的影响，凡是干扰细菌呼吸或生理过程的因素均能使细菌发光强度发生改变，这就是发光细菌用于毒性检测的基本原理。培养至正常发光的发光细菌与毒性物质接触后，由于其与发光相关的代谢途径受阻，短时间内即可表现出发光强度减弱，且发光强度的减弱量与毒性物质的浓度呈良好的相关性，可以此来检测物质的毒性。本专利技术的水质综合毒性测试方法采用费氏弧菌，其在正常的生理条件发光强度是恒定的。但是，与外来受试物接触后，由于毒物具有抑制发光的作用，发光细菌的发光强度减弱，光强变化的程度与受试物的浓度在一定范围内呈正相关关系，同时与该物质的毒性大小有关。即毒物的浓度越大，毒性越强，光强变化程度越大，检测到的光强越弱。常见的发光细菌有明亮发光杆菌、费氏弧菌和青海弧菌。发光抑制率曲线公式下所示，该曲线为4参数logistc公式，其中max和min表示曲线的最大值和最小值，slope为斜率参数，EC50为该曲线的半数抑制浓度，变量C表示浓度，effect表示C浓度下的发光抑制率。
[0007][0008]目前，废水生物毒性的检测方法有：发光菌毒性试验，藻类毒性试验，蚤类毒性试验，鱼类毒性试验，鸟类毒性试验，化学毒性试验，现有发光菌急性毒性试验具有以下不足：1.检测往往只得出定性结果，即阳性(有毒，发光抑制率≥20％)和阴性(低毒，发光抑制率＜20％)，无法进行定量测试。2.自动化程度较低，需要耗费大量时间精力。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供一种基于Logistic拟合的水质综合毒性及疑似毒性物质测试方法，该方法能够快速准确的检测水质综合毒性强度和疑似毒性物质。
[0010]一种基于Logistic拟合的水质综合毒性及疑似毒性物质测试方法，包括：
[0011](1)将费氏弧菌试剂分别加入阴性质控试剂，以及多个梯度稀释浓度的待测水样，摇匀后，分别检测摇匀后的阴性质控试剂和多个梯度稀释浓度待测水样的发光强度，将摇匀后的阴性质控试剂的发光强度作为参考发光强度计算出摇匀后的多个梯度稀释浓度待测水样的发光抑制率；
[0012](2)采用最小二乘法，当总的拟合误差达到误差阈值时，拟合得到稀释倍数与发光抑制率的待测水样logstic曲线，其中，待测水样logstic曲线的EC50点的水样稀释倍数作为待测水样的水质综合毒性强度；
[0013](3)将已知毒性物质水样替换待测水样，通过步骤(1)和(2)构建已知毒性物质的logstic曲线库，通过动态时间规整算法将待测水样logstic曲线与已知毒性物质的logstic曲线进行相似度比较，将比较结果代入softmax回归算法得到疑似毒性物质的概率分布，将达到疑似毒性物质概率阈值的疑似毒性物质确定为待测水样的疑似毒性物质。
[0014]阴性质控试剂为NaCl溶液。
[0015]阴性质控试剂为NaCl溶液，NaCl溶液与费氏弧菌试剂的体积比为1～9。
[0016]在检测摇匀后的阴性质控试剂和多个梯度稀释浓度待测水样的发光强度之前，将费氏弧菌试剂加入到阳性质控试剂，并检测加入费氏弧菌试剂后的阳性质控试剂的发光强度，以筛选出高于阳性质控试剂的发光强度的摇匀后的多个梯度稀释浓度待测水样。
[0017]阳性质控试剂为ZnCl2溶液，ZnCl2溶液的浓度为2.2mg/L～4mg/L(以Zn离子计)。
[0018]待测水样为冶金废水、造纸废水、金属酸洗废水、纺织印染废水、制革废水、含铬废水、含镉废水、含汞废水。
[0019]多个梯度稀释浓度待测水样的稀释倍数为1、2、4、8、16、32、64、128倍稀释浓度待测水样。
[0020]摇匀时间为15～30分钟。
[0021]已知毒性物质为Cu、Pb、Zn、Ni、Cd、Ag、V、Cr、As、Mn、Fe、Co、亚硝酸盐、苯乙酮、对硝基苯酚、富里酸、3
‑
羟基吡啶、腐殖酸、4
‑
甲基咪唑、腐殖酸钠、4
‑
羟基吡啶、2
‑
羟基吡啶。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023](1)本专利技术采用最小二乘法构建待测水样的稀释倍数与发光抑制率的logstic曲线，将拟合结果的样品的半数抑制浓度的稀释倍数作为水质综合毒性表征数据，能够直观的快速测试不同样品的毒性值，以及具有较高的检测灵敏度以及准确度。
[0024](2)本专利技术采用最小二乘法构建已知毒物的稀释倍数与发光抑制率的logstic曲线建立标准数据库，即已知毒性物质的logstic曲线库，能够实现样品的疑似毒性物质的检测判定。
附图说明
[0025]图1为本专利技术具体实施例提供的待测96孔板试剂、样品加样示意图；
[0026]图2为本专利技术具体实施例提供的水质综合毒性及疑似毒性物质测试方法流程图；
[0027]图3为本专利技术具体实施例提供的待测水样的稀释倍数与发光抑制率的logstic曲线图；
[0028]图4为本专利技术具体实施例提供的待测水样的疑似毒性物质的概率分布图；
[0029]图5为本专利技术具体实施例提供的自研水质综合毒性检测仪器功能示意图。
具体实施方式
[0030]为了更为具体地描述本专利技术，下面采用苏州某工业区水样结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0031]本专利技术一种基于Logistic拟合的水质综合毒性及疑似毒性物质测试方法通过自研的水质综合毒性检测仪进行加样，详细的加样方式如图1所示，101a、101本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Logistic拟合的水质综合毒性及疑似毒性物质测试方法，其特征在于，包括：(1)将费氏弧菌试剂分别加入阴性质控试剂和多个梯度稀释浓度的待测水样，摇匀后，分别检测阴性质控试剂和多个梯度稀释浓度待测水样的发光强度，将阴性质控试剂的发光强度作为参考发光强度，以计算出多个梯度稀释浓度待测水样的发光抑制率；(2)采用最小二乘法，当总的拟合误差达到误差阈值时，拟合得到稀释倍数与发光抑制率的待测水样logstic曲线，其中，待测水样logstic曲线的EC50点的水样稀释倍数作为待测水样的水质综合毒性强度；(3)将已知毒性物质水样替换待测水样，通过步骤(1)和(2)构建已知毒性物质的logstic曲线库，通过动态时间规整算法将待测水样logstic曲线与已知毒性物质的logstic曲线进行相似度比较，将比较结果代入softmax回归算法得到疑似毒性物质的概率分布，将达到概率阈值的疑似毒性物质确定为待测水样的疑似毒性物质。2.根据权利要求1所述的基于Logistic拟合的水质综合毒性及疑似毒性物质测试方法，其特征在于，阴性质控试剂为NaCl溶液。3.根据权利要求1所述的基于Logistic拟合的水质综合毒性及疑似毒性物质测试方法，其特征在于，阴性质控试剂为NaCl溶液，NaCl溶液与费氏弧菌试剂的体积比为1～9。4.根据权利要求1所述的基于Logistic拟合的水质综合毒性及疑似毒性物质测试方法，其特征在于，在检测摇匀后的阴性质控试剂和多个梯度稀释浓度待测水样的发光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪亮，黄灿灿，谢卫丰，樊明聪，陈亚龙，吴丽樱，沈国金，蔡强，
申请(专利权)人：浙江清华长三角研究院，
类型：发明
国别省市：