FastBallast 压载水合规监测系统

背景介绍

“外来物种”指的是非本地生态系统的任何物种，在美国被合法定义为“外来物种”，其引入可能对经济、环境甚至人类造成损害。

非本土物种是全球生物多样性的最大威胁之一，仅次于栖息地丧失，考虑到我们已经进入了“地球上第六次大规模物种灭绝”，这是一个需要我们注意的严重问题。

船舶压载水是海洋入侵物种的最大载体之一，用某区域的水来填充船舶压载舱，然后再排放至其他区域。据估计，任意一次船舶压载水中存在7000种物种，并且根据船舶贸易路线，在1m³压载水中容易携带超过1亿个浮游生物样本（Kabler，96）。因此，考虑到航运业每年转移类似压载水100亿吨，将会导致巨大的入侵风险。

大多数非本土物种确实会造成有害的生态影响，仅英国就拥有超过2000种外来物种稳定存在。而据政府评估，这将使英国每年耗费17亿英镑，而美国则耗费高达1370亿美元，这对全球经济来说是一个巨大的问题！

在海洋环境中，水生物种很容易生存并发展，控制和根除在技术上十分具有挑战性，所以预防就显得尤为重要。

产品介绍

CTG FastBallast压载水合规监测系统能够根据IMO D2和USCG排放标准（10~50μm范围）确定压载水的浮游植物细胞密度。FastBallast的尖端设计使其可以快速、详细的分析，是可以在流动模式下，提供持续、实时更新的排放合规性监测技术。因此可以大大增加分析水样，提供更具代表性的检测结果。                    

                     (图 FastBallast便携式压载水合规监测系统)

长期以来，人们已经认识到压载水作为用于转移有害生物的载体。为解决物种入侵问题，国际海事组织成立了“压载水管理公约，2004”成立，并在全世界采用。公约规定压载水排放不得超过10 cells/mL，最小尺寸为10~50 μm。因为这个尺寸范围主要为浮游植物，活性叶绿素荧光测定被广泛视为最理想的监测方法。FastBallast活性叶绿素荧光计提供船上合规性测试，而其他大多数系统只能提供指示性结果。

表1 FastBallast提供船上合规性测试

工作原理

FastBallast利用活性荧光测量方法，LED光直接照射样品腔，样品中的浮游植物会在光照射下进行光合作用，高灵敏度的探测器会检测仅发生于活体浮游植物中的光合作用信号—可变荧光，可变荧光的量即可反应样品中浮游植物的状态。光合作用的强弱反映了所有浮游植物的生存状态，能够有效地反映浮游植物是否存活。FastBallast中的荧光测量方法是专门针对压载水监测设计的，用来监测排放出的压载水是否达标。

Chelsea technologies group开发的FastBallast采用多波长激发光，确保大小不同的浮游植物群体在光照下释放荧光，每个检测过程只需要几百个微秒，确保够在快速流动的通道内完成高频率监测。用高灵敏度的FastBallast快速压载水监测系统监测活体浮游植物的可变荧光，此方法能够满足IMO D2 和USCG排放标准（10~50 μm）。

细胞大小影响

表2 数据表明FastBallast分析与细胞大小无关

表2说明了不同大小和物种的细胞如何显著影响指示性试验的结果。对于T. punctigera（大硅藻），level 1（指示性）试验产生假阳性（FAIL结果应该是PASS）。level 2（合规性）测试将样品正确评估为PASS。用盐藻（小型绿藻），level 1试验表明细胞密度低于显微镜结果的25%。level 2测试更接近，为显微镜结果的85%。

图1 基于分析结果的分布图

图1显示了基于表2中2级监测的分布数据（可变荧光，Fv）。尽管两个样品Fv值相差不大，但是T. punctigera物种的Fv值范围明显比D.salina高出许多倍。这种差异是由样品的泊松分布引起的，同时也为FastBallast用于与细胞大小无关的2级测试方法提供了基础。

FastBallast VS 指示性监测

如果使用其他基于荧光方法的系统进行指示性监测 （level 1），则必须提前假设每个细胞的荧光产量，而由于不同大小和种类的细胞发射的荧光变化非常大，结果会产生很大误差。FastBallast level 1（指示性）测试可为样品是否合规提供快速指示（2分钟内）。如果level 1测试产生的PASS/FAIL结果在IMO D2规范阈值的4%和4000%之间，则会自动触发level 2（合规性）测试。FastBallast level 2测试结果与在岸上的分析测试一样准确，且具有高置信度。

图3 FastBallast的监测方法

压载水排放最终分析系统

FastBallast为IMO D2规范限制下的船上压载水监测提供了一个超敏感的解决方案。通过采用Single Turnover One Pulse检测方法实现高采样率，使FastBallast比常见的（Multiple Turnover）PAM方法更适合分析接近IMO D2阈值的低密度浮游植物细胞。当分析样品时，FastBallast首先启动1级指示性测试（level 1），耗时不到2分钟。如果产生明确的PASS/FAIL结果（即PASS：小于IMO D2阈值的4%；FAIL：大于IMO D2阈值的4000%），则停止测试并报告结果。若初始监测结果在阈值的4%~4000% 范围内，FastBallast会自动进行2级测试（level 2），用时不到8分钟。

与其他需要大量样品的荧光方法相比，基于分布的FastBallast 2级测试不需要假设每个细胞的荧光量，在0~100 cells/mL范围内估算的细胞密度值与显微镜检测结果相比在允许误差范围内。

使用FastBallast的2级测试，绝对不可能出现假阴性结果，也几乎不可能出现假阳性结果。为了允许潜在变化以符合法规，FastBallast还包含四个激发波长，为测量蓝藻提供更大的灵活性。

应用范围

2 压载水处理系统（BWTS）制造商

2 轮船公司

2 港口管理者

2 压载水监测机构

产品优势

2 针对IMO D2标准（最小尺寸为10~50 μm）提供快速的船上合规性监测

2 检测限<1 cell/mL

2 细胞密度测量不受大小影响

2 通过使用20 mL的搅拌体积/分析足够多的水样来获得更具代表性结果，克服了接近IMO D2标准阈值水样的静态采样问题

2 超低水平的假阴性和可忽略的假阳性结果

2 宽动态范围提供了对背景荧光的高耐受性（来自死细胞、CDOM和其他来源）

2 高水平的浊度排除

2 可以与任何压载水处理系统进行集成（固定式）

2 不需要消耗试剂或样品制备

2 工作周期长（大于两年）

监测方案

操作流程（加水即成）：

1. 使用附带的量杯将20 mL压载水倒入样品室

2. 在触摸板显示屏上按“Run Test”

3. 根据样品与IMO D2阈值的接近程度，测试需要1~8分钟

4. 测试结果包括 Pass/Fail，置信水平和细胞密度（细胞/ mL）

便携式压载水监测系统采用静态监测模式，用于抽样测试，适用于港口国管理以及船舶工程师确定其压载水处理系统（BWTS）是否运行正常。这提供了一个完全自动化和便携式的测试，适用于快速，船上现场检查分析，适合非技术人员使用。使用所提供的量杯将20ml样品倒入样品室中， FastBallast将在4分钟内产生准确的细胞计数。这可以在触摸板显示屏上通过FabTest应用按键“Run Test”来实现，结果会通过准确的细胞计数对比IMO D2规范显示为Pass/Fail，过程无需过滤。

数据通过仪器内部存储记录，可以通过USB或以太网下载，以便在检查前将报告发送到岸上。触摸显示屏还可以提供更详细的样品评估报告，包括图形信息，细胞尺寸分布，船名，测试名称，位置，测试的压载舱，日期和时间等详细信息。

技术参数