荧光检测技术在水质检测中的应用

2022-05-06张梅花

科学与信息化 2022年8期

张梅花

新疆地质矿产勘查开发局第六地质大队新疆哈密 839000

引言

在新时代背景下，随着生活水平的不断提高，人民开始对饮用水的安全变得越来越重视。35项生活饮水标准是我国1985年提出来的，从1985年直到今日已经上升到106项，在时代背景影响下，对每项指标的标准更是提出了较高的要求，社会各界对生活饮用水安全的重要性更是引起高度重视[1]。但是就现阶段而言，灵敏度低是检测方法的主要表现形式之一，在检测过程中，不仅会浪费大量的时间以及人力，化合物也会对检测过程造成一定影响，相关技术人员很难区分非活细胞以及活细胞等。相关工作人员为了应对挑战，就应利用有效的科学手段，使得检测技术的检测速度、灵敏度以及数据精准度得到有效的提升，这样一来，也可以为水质实验以及水质检验分析提供更科学有效的技术支持。

1 荧光检测技术概述

从20世纪70 、80年代开始发展荧光检测技术。荧光检测技术属于一种较为成熟的新型技术[2]。在刚刚出现荧光检测技术时，荧光检测技术主要服务的领域是生物学以及医学。随着完善荧光检测技术功能以及人民的需求，荧光检测技术的使用范围也是逐渐在扩大，在材料学、药物学以及食品安全等方面所发挥的作用更是不容忽视的。在检测水质过程中，利用荧光检测技术，会使得检测结果变得更加精准，不仅如此，水质的安全性也会得到有效的保障。在实验过程中，利用荧光检测技术，可以对水中微生物进行深入的探究，检测的结果与常规方法检测的结果相互比较，荧光检测技术结果具有一定的准确性以及科学性，为甚至提供的实验数据相对而言更加具有准确性以及合理性，还可以为实验分析提供有利条件。所以，在水质检测过程中，合理有效的利用荧光检测技术，会使得水质的安全性得到有效提高。

2 荧光检测技术分类

2.1 ATP生物荧光检测技术

以光为基础的与荧光素酶以及荧光素产生反应就是ATP生物荧光检测法，长久以来被人们认为是估算大部分环境样品当中生物总量最可靠以及最方便的方式。菌落的技术方法与ATP生物荧光检测法相互比较，ATP生物荧光检测法检测速度较快，会有效合理地节省时间以及人力，并且可以快速的实验存活的活菌。荧光素在luciferase与Gg2+的作用之下，把被活化以后的荧光素与luciferase有效地结合一起，会直接产生一种复合物，复合物与氧气结合在一起，在560nm处会出现光子以及氧化荧光素，进而放出氧气[3]。

2.2 流式细胞术

使用流式细胞仪检测溶液当中悬浮细胞或颗粒的现代解析技术指的就是流式细胞技术，荧光探针会起到协助作用，在水质检测过程中，使用流式细胞技术，可以在分子水平上面获得很多种信号，相关工作人员可以利用有效的技术手段，纯化分选或者定量分析细胞。随着社会经济的不断发展，社会各界也开始对流式细胞技术引起高度关注，已经被广泛地运用在研究以及临床方面，在多重检测过程中，也可以合理有效的使用流式细胞技术，与此同时，对同一样物品中存在的不同分析物可以精准的检测出来。流式细胞技术检测原理是[4]：之所以会形成单一的粒子流是由于流动的细胞悬液聚焦在流室中而形成，激光器和激光束发出的激光在有限的位置上与这些粒子流出现碰撞以后，就会发出不同的细胞以及不同信号的参数。每一个粒子的荧光排放以及散射由光学系统依据指定波长。检测系统采集信号，由一组光电二极管以及两个散射与三个荧光检测器就可以组成检测系统，所发送的信号是由指定计算机收集的，进而就可以使得不同参数的总体分布完全展现出来。待测颗粒由于本身的荧光特性与染料物质有效地结合在一起后，荧光特性以及闪光特性就可以在激光作用下完全展示出来，这样就会避免出现与非生物颗粒混淆的现象。细胞的生物特性是由散射光提供的，通常情况下被称之为Fsc，细胞体积的大小都是由这种信号反映出来的，90°散射光又被称之为侧向散射，与激光束液流平面垂直的散射光指的就是侧向散射，由于侧光散射信号强度较高，因此，细胞一些结构信息都可以反映出来。生物特异性质都是由荧光特性提供出来的，可以把细胞膜表面抗原的强度或者其细胞内以及核内物质的浓度完全展现出来。细胞的特征可以由荧光数据以及散射表示出来，例如，核酸含量、复杂性以及细胞大小。

2.3 荧光共振能量转移术

两个荧光基团相互距离达到满足时，所发生的能量非发射性由一个荧光供体向荧光受体转移的现象，指的就是荧光共振能量转移。两种荧光基团发生能量转移过程中，一个属于能量供体，另一个则是能量受体。激发光谱以及发射光谱都是由供体以及受体产生出来的，激光光谱与发射光谱可以相互重叠，距离在1.0～10.0mm之间，之所以会出现能量转移现象，是由于在激光发射过程中使用的是供体，而且受体也出现了转移的现象[5]。两个荧光分子之间的距离与荧光共振能量转移的程度有着密不可分的联系，距离相近，能量转移相对而言就较为充分，距离相对较远时，能量转移会变得越来越弱甚至消失，如图1所示。

图1 荧光共振能量转移术原理图

3 荧光检测技术的使用

3.1 检测水中细胞数

水质常规检查项目就是细胞数量检测。现阶段，细胞定量检测是评价方法中最为精准的检测方法，细胞定量检测也被称之为活性菌计数法，但是，活菌计算法不仅操作复杂，对定量检测技术提出的要求也是越来越高，不仅如此，检测等待结果较长，这些都属于活菌计算法的缺点。从流式细胞仪的原理可以看得出来，通过激光激发柱以后的细胞单个可以实施标注作业，检测到的就是发射出来的荧光信息，因此，在水质处理过程中，常常使用的就是快速测定水中的细胞总数。在水质处理过程中，合理有效的使用流式细胞仪，在15s以内，样品中的结果就会显现出来。合理使用流式细胞仪，不仅会缩短检测时间，也会使得检测结果变得更加具有科学性以及精准性。在水质检测过程中，有效合理地运用流式细胞仪，原本十小时完成的检验可以缩短到3小时。之所以水漾微生物特性的丰富信息可以显现出来，离不开FCM数据的支持，FCM还能够直接显现出细胞计数，水中的贾第鞭毛虫也可以通过流式细胞仪检测出来。在微生物数量检测中，最常见的检测技术就是ATP生物荧光检测技术，每毫升100个以下是常用水中细胞浓度，但是，在低浓度下利用ATP生物荧光检测技术实施检测作业，检测的准确率得不到有效的提升，在水质检测过程中，使用ATP生物荧光检测技术，想要达到要求，细菌浓度要高于每毫升1000个。通过技术组合，能够实现低浓度下对细胞的特异性以及敏感检测的目标，即便细胞浓度达不到标准要求，也可以高效完成检测工作。通过实验结果可以看得出来，想要合理有效地将低水平的细胞浓缩在娱乐用水以及饮用水当中，就可以使用终端超滤完成此项工作。在检测准备阶段，想要浓缩加大水中微生物的浓度，就应利用终端超过率完成此项工作。在捕获目标过程中，相关工作人员可以使用免疫磁性分离技术手段，不仅会有效避免活性细胞异性、样品复杂性以及低水平靶细胞所带来的检测问题，还能够在一定程度上降低颗粒干扰[6]。使用ATP生物荧光检测技术，能够有效检测出菌含量，不仅会实现特异性检测目标，还会有效防止因非目标细菌所带来的影响。样品浓度通过在相对富集的较短时间以内增加细胞浓度来降低病原体检测所需的时长，通过使用ATP以及IMS生物荧光检测技术，可以使得订量结果具有时效性以及科学性。把两种检测技术有效的结合在一起，不仅能够合理有效地缩短采集到测量的总时长，还会有效合理的降低大肠杆菌等病原体对人们健康所带来的影响。

3.2 检测水中离子浓度

水质检测的常规检测项目之一就是水中离子浓度检测。水的硬度一旦没有符合规定标准，会对生活以及工业带来直接影响。水中重金属浓度一旦无法满足规定标准会对人们的身体健康造成一定危害。检测硬度的络合滴定法、原子发射光谱法以及吸收光谱法都是最常见的实验室方法。检测时间长、过程较为复杂以及浪费财物等是检测金属离子工作的主要表现形式。在检测金离子过程中，使用荧光共振能量转移术，可以通过判定水中钙以及镁浓度检测出水的硬度。在永久性水组合影响下，通过AcF与B之间的变化效率，就能够把水中的硬度完全展现出来，把纳米级黏土片放入水溶液中，可以使得传感器的效率得到有效的提升。

3.3 深入解析消毒效果

在对饮用水消毒工作进行研究过程中，相关工作人员要对消毒剂对细胞的杀菌效果引起高度重视，还要根据实际情况评价消毒剂杀菌效果。或者要深入探究消毒剂的用量以及浓度对细菌会造成怎样的影响。消毒剂浓度与完整细胞百分比有着密不可分的联系，因此，可以对消毒剂浓度进行检测工作，在消毒剂浓度检测过程中，合理有效的使用流式细胞仪，可以把完整细胞的浓度以及总细胞的变化完全凸显出来，这样一来，也会使得消毒效果在水处理中完全展现出来。

3.4 使用荧光检测技术的建议

荧光检测技术自身具有一定的科学性以及合理性，在水质检测过程中，荧光检测技术与传统的检测技术相互比较，荧光检测技术更占有优势。随着社会经济的不断发展，荧光检测技术在水质检测中被利用率也在不断提高。传统的实验室检测技术，在确定种类以及检测细胞数目过程中，不仅所需要的时间较长，过程相对而言较为复杂，还会出现浪费财物的现象。