Zur Bestimmung der Verhaltensparameter wird eine Messkammer mit etwa 10 Testorganismen kontinuierlich mit Probewasser durchströmt und das Verhalten der Daphnien mit Hilfe einer Kamera aufgezeichnet. Um eine Bildaufnahme zu ermöglichen, sind seitlich der im Dunkeln liegenden Messzelle Leuchtdioden angebracht. Diese geben Licht im Bereich von 700 nm ab, welches von den Daphnien nicht wahrnehmbar ist. Zusätzlich ist für die Daphnien ein von oben einstrahlendes Orientierungslicht angebracht.
Die Kamera filmt die Tiere und erzeugt ein Live-Bild, mit Hilfe einer sogenannten Plob-Analyse (Dient der Ortsbestimmung bewegter Objekte mittels geeigneter Operatoren) wird von jedem bewegten Objekt der Ort und die Fläche bestimmt und miteinander in Verbindung gebracht. So kann jedem Tier eine Bahn zugeordnet werden, auf der es sich bewegt hat, um daraus das Schwimmverhalten in Form der einzelnen Messgrößen zu ermitteln.
Die grafische Oberfläche des Daphnientoximeters zeigt dem Anwender die einzelnen Schritte des Messvorganges.
Im linken Fenster wird das Livebild der Messkammer mit den Daphnien dargestellt, in der Mitte werden online die Bahnen der einzelnen Tiere farblich abgesetzt gezeigt. Der Folder rechts im Bild zeigt den Alarm-Zustand des Gerätes in einer Ampelcodierung und die aktuellen Messwerte. Bei Bedarf werden auch andere Statusmeldungen ausgegeben. Das Diagramm unten im Bild zeigt einen Messparameter im zeitlichen Verlauf (hier fraktale Dimension). Jede verfügbare Messgröße kann hier dargestellt werden.
Durch eine automatische Auswertung der Daten kann über die Erkennung von signifikanten Veränderungen im Schwimmverhalten der Toxische Index berechnet werden. Zusätzlich wird noch die mittlere Größe der Tiere angegeben, ferner die Temperaturen des Probewassers, des Fermenters und der Vorheizung, sowie die Erkennungsrate der Kamera.
Im folgenden wird zur Verdeutlichung der Funktion des Daphnientoximeters der Einfluss eines Insektizids (Trichlorfon) auf die Schwimmaktivität durch einen Versuch mit Trichlorfon (Insektizid) dargestellt.
Versuchsbedingungen: Es wurden 10 Daphnien im Alter von 24 bis 30 Stunden in die Messzelle eingesetzt.
Nach einem Vorlauf von 12 Stunden mit unbelastetem Probenwasser (Flusswasser) wurden die Testtiere einer simulierten, zweistündigen Schadstoffwelle mit einem Konzentrationsmaximum von 2 µg/l ausgesetzt.
Nach der Wirkstoffzufuhr sind in allen dargestellten Parametern signifikante Änderungen zu erkennen.
Verschiedene Parameter
Der kurzzeitige schnelle Anstieg der mittleren Geschwindigkeit korrespondiert mit der Veränderung der Geschwindigkeitsklassenverteilung im oberen rechten Diagramm. Die Veränderung der Anzahl der Tiere zeigt eine nur sehr geringe letale Wirkung auf die Daphnien, während die übrigen Tiere nur subletal geschädigt werden. Zusätzlich ist ein Anstieg in der mittleren Schwimmhöhe zu beobachten, welches die Fluchtreaktion der Daphnien in den oberen Teil der Messzelle widerspiegelt. Die farbigen Markierungen in den Diagrammen kennzeichnen die Messwerte, die von der automatischen Auffälligkeitserkennung des Gerätes registriert werden. Die erkannten Veränderungen im Bewegungsmuster der Daphnien gehen in den Toxischen Index ein, der im Bereich der Wirkstoffzufuhr die rote "Alarmschwellenwert-Linie" (10 Punkte) überschreitet und somit einen Alarm detektiert. Am oberen Kurvenrand kann jeweils der aktuelle Alarmzustand des Gerätes, codiert in den Ampelfarben GRÜN-GELB-ROT, abgelesen werden.
Durch ein spezielles Menü am Gerät kann der "Tox-Index" aufgelöst werden. Das heisst für jeden Zeitpunkt im Datenverlauf kann die genaue Zusammensetzung der Punkteverteilung eingesehen werden, die zum Anstieg des Toxischen Indexes geführt haben.
Beispiel:
Das Gerät befindet sich im "grünen" Alarmzustand. Die Daphnien haben keine auffälligen Reaktionen gezeigt. Der Toxindex hat daher 0 Punkte. Im Wasser befinden sich keine daphnientoxischen Substanzen.
Das Gerät befindet sich im "roten" Alarmzustand. Der Toxindex hat 10 Punkte überschritten. Die Daphnien haben auffällige Reaktionen in der mittleren Geschwindigkeit, der Schwimmhöhe und in der Auswertung des Geschwindigkeitsklassenindexes gezeigt. Der Toxindex hat 16 Punkte. Im Wasser befinden sich daphnientoxische Substanzen.
Bei Schadstoffwirkung werden die Verhaltensänderungen von der Gerätesoftware registriert und abschließend als Alarm auf den Stationsrechner weitergeleitet. Daraufhin werden die zuständigen Mitarbeiter des Instituts für Hygiene und Umwelt über Mail und/oder SMS informiert.
