微生物发光体应用于油品检测中的作用以及意义评估

2022-12-01

现阶段常用的油品检测方法有两种, 一种是化学分析法, 另一种是光学分析法。其中化学分析法以检测精度高著称, 但具有检测时间长、会引发二次污染的缺点;而光学分析法虽然没有二次污染的困扰, 检测时间也很短, 但是相关技术并不成熟, 吸光光度难以判断, 检测精度不高。在这种情况下, 新型的生物发光检测技术走入了人们的视野, 这种技术与普通的光学分析法有相似之处, 但具有更高的检测精度, 因此能发挥出更高的油品检测能效。

一、油品检测中的微生物发光体技术应用机理

微生物发光体通常是指发光细菌, 这类细菌的发光特点是发光强度非常稳定, 但并非不会受到外界因素的影响。当细菌位于石油环境中, 如果油体品质较为低劣、污染程度比较高, 则发光细菌会因为这些污染物质的阻碍而减缓代谢活动, 进而导致发光强度的下降。通过分析研究可知, 如果限定油品浓度的区间范围, 则发光细菌会随油品等级的变化而产生发光强度的变化, 只要找到这种变化规律, 就可以通过测定发光体发光强度来反向推断油品等级。

发光细菌的种类不同, 发光原理也存在一定的差异性。以发光细菌中较为常见的明亮发光杆菌为例, 这种细菌能够在体内生成荧光酶, 这种荧光酶具有催化长链脂肪醛、黄素单核苷酸 (还原型) 的能力, 这两种物质合成的过程中, 荧光酶会将氧气融入, 形成氧化还原反应, 这个反应过程不会有热量释出, 但会释放光子, 令细菌的发光得以实现。

基于上述原理, 为了保证微生物发光法在油品检测中的必要精度, 不只要进行细菌发光度相关数据的收集, 还要收集发光细菌的生长数据与反射光强度的数据, 以此绘制出细菌变化与反射光强度两种曲线, 这样才能更准确地判断发光度与油品质量的关系。

二、油品检测中的微生物发光体技术应用方法

目前, 利用发光细菌检测油品等级的方法有两种, 两种方法是依照检测原理进行区分的。第一种方法是光增强方法, 利用的原理是高油品物质对发光反应的提升作用;第二种方法是光减弱方法, 利用的原理是低油品物质对细菌中发光酶氧化还原反应的抑制和阻碍作用。

1. 以光增强原理为基础的油品检测方法

该种检测方法不能使用自然存在的普通发光细菌, 要使用特殊的工程菌。这种工程菌是生物工程的基因改造产物, 制造方法是在原本普通的发光细菌中进行相关基因的融入, 只要融入应激启发基因就能完成相应细菌的转换, 令普通的发光细菌变成工程菌。这种工程菌具有普通细菌没有的特性, 即油品环境的杂质含量过多时根本不会发光, 或者只能发出非常微弱的光。只有将相应物质融入油品中之后才能令工程菌中的发光基因得到激发, 工程菌的正常发光才能够开始, 而且经过调整, 这种情况下工程菌的光强正比于融入物质浓度。通过实验验证可知, 工程菌的相对发光强度等于样品和对照物的光强比值。

2. 以光减弱原理为基础的油品检测方法

与以光增强原理为基础的油品检测方法相反, 利用光减弱原理的检测方法不需要激发物质。因为普通的发光细菌原本就具有正常发光和光强稳定的特征, 所以可以利用油品杂质对这种正常状态的干扰进行杂质分析。举例来说, 因为油品杂质具有大幅降低荧光素酶活性的作用, 因此只要油品杂质增多, 发光强度就会自行缓慢下降, 这样一来只要根据这种变化规律对普通发光细菌进行光强检测, 油品杂质的含量就能通过计算确定。举例来说, 前文所述的明亮发光细菌可以利用光电检测系统检测发光强度, 通过各种杂质的拟合曲线, 能够获知发光强度的降低比率与杂质浓度的关系。与光增强原理检测法不同的是, 该方法有两个油品杂质的描述数据, 一个是和光增强原理检测法一样的相对发光强度, 还有一个是杂质对光强的阻碍率。

三、油品检测中的微生物发光体技术应用能效。

石油中主要的污染物质有两种, 一种是重金属, 另一种是有机污染物。其中重金属广泛存在于各类常见的石油中, 对石油品质的污染和破坏较大, 不易降解, 难以去除;而煤制油中则以芳香烃类的有机污染物为主。通过实验室验证可知, 石油中常见的铜、锌、铅等重金属离子的含量都可以利用高活性的明亮发光杆菌精确地测定出来。这一结果可以说明, 这些金属离子的发光拟合曲线精度已经很高, 具备了足够的实用价值, 可以进一步进行在实际油品检测中的应用推广。另外, 利用发光细菌针对有机污染物进行的浓度检测也有了较高的精度, 进一步的实用化有实现的可能, 尤其是对煤制油中常见的芳香烃类杂质, 使用发光工程菌能达到不低于传统检测法的检测精度, 而且几乎不会造成污染, 解决了长期以来的检测困扰。

结语:

总体来说, 利用微生物发光体进行的油品检测技术能实现快速、少量、高精度、低污染的油品成分分析。该技术是通过采集发光细菌在发光度变化方面的数据, 结合细菌生长曲线、反射光强度差异等信息来确定石油品质的, 对石油中的有机污染物、重金属离子等都有非常精确的检测和分析能效。不过该技术需要使用较为专业的仪器设备和数据分析系统, 目前更多地局限于实验室检测, 想要完全实现户外应用还要尽快促成其与微电子技术、信息技术的融合。

摘要：为了准确分析石油品质, 需要检测油体中各种化学成分与物理成分的含量, 这就是所谓的油品检测技术。在各类检测技术中, 生物学检测属于较为新颖的方法, 这种检测方法利用了微生物中特殊的发光菌, 结合现代化的微电子技术和电子信息技术实现对油体品质的分析, 具有污染程度低、检测精度高、检测速度快的技术优势, 因此具有很高的应用价值。本文将分析该技术的应用机理、应用方法和应用能效, 希望对技术应用起到一定的推广作用。

关键词：微生物发光体,油品检测,技术应用