策論環(huán)境監(jiān)測中生物傳感器技術的應用價值

楊劍平

【摘 要】環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境科學領域中重要的一項分支，環(huán)境監(jiān)測實施的目的主要是為環(huán)境的管理、污染控制和環(huán)境的保護等提供及時、準確的環(huán)境質量狀況信息。在環(huán)境監(jiān)測中生物傳感器技術的應用，不僅穩(wěn)定性高，選擇性好，響應時間短，而且還能夠實現(xiàn)原位、實時以及連續(xù)監(jiān)測等優(yōu)點，下面我們就詳細分析生物傳感器技術在環(huán)境監(jiān)測中的應用價值。

【關鍵詞】環(huán)境監(jiān)測；生物傳感器；應用價值；分析

【中圖分類號】X835【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）02-0049-01

引言：隨著社會的發(fā)展，工業(yè)農業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題也日趨加劇，目前環(huán)境保護問題已經成為人們的共識，環(huán)境保護及環(huán)境污染控制已經成為目前環(huán)境監(jiān)測人員工作的核心內容。對環(huán)境進行管理、控制污染、為環(huán)境評價與環(huán)境規(guī)劃提供準確且全面的環(huán)境質量狀況的信息，這些都是實施環(huán)境監(jiān)測的重要目的所在[1]。而生物傳感器所包含的特點有好的特異性、高靈敏度、分析速度快并且在復雜的體系中能夠在線進行連續(xù)監(jiān)測等，它屬于一項新的高新技術，因此在環(huán)境監(jiān)測中具有重要的作用。

一、在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應用

最常見的影響大氣環(huán)境的污染因子有TSP、S02、C02和NOx等，其中危害最大的是S02和NOx，這兩種因子是形成酸雨和酸霧的主要成分，同時，NOx還是主要的光化學污染引發(fā)因素。采用傳統(tǒng)的檢測方法檢測S02、NOx，不但方法復雜，還經常出現(xiàn)重現(xiàn)性差的檢測結果。因此在大氣環(huán)境監(jiān)測方面廣泛應了用生物傳感器。

1、對S02的監(jiān)測

采用氧電極和肝微粒體（需含有亞硫酸鹽氧化酶）制成的生物傳感器應用于S02的監(jiān)測。通過對雨水中的亞硫酸鹽濃度進行測定來體現(xiàn)S02的的含量。依靠傳感器里面的微粒體對亞硫酸鹽進行氧化，與此同時還消耗一定的氧，降低氧電極周圍溶解氧濃度，引起傳感器電流的相同變化間接反應亞硫酸鹽濃度，具有很高的準確度以及很好的重現(xiàn)性。

2、對NOx的監(jiān)測

采用氧電極與固定化硝化細菌、多孔氣體滲透膜組合制成的生物傳感器應用于NOx的監(jiān)測。利用亞硝酸鹽做唯一的硝化細菌能源，亞硝酸鹽增加就會增加傳感器的呼吸活性。呼吸過程中采用氧電極進行溶解氧濃度降低量的檢測，以此間接將亞硝酸鹽含量反應出來，體現(xiàn)大氣所含的NOx含量。0.01mmol/L是最低檢測限[2]，如果亞硝酸鹽濃度<0.59mmol/L時，亞硝酸鹽濃度和傳感器電流成正比關系，具有較強的抗干擾能力，選擇性較好。

二、在水環(huán)境監(jiān)測中的應用

1、對BOD的監(jiān)測

水體有機污染程度的衡量可以依據(jù)生物化學需氧量（BOD）的監(jiān)測。傳統(tǒng)采用5d生化需氧量標準稀釋測定法進行BOD的檢測，不但操作繁瑣、需很長時間，而且準確度相對較差[3]。Karube等人于1977年從廢水處理廠污泥中提取出微生物，經培養(yǎng)制成膠原膜，結合氧電極組成了一種微生物傳感器，主要用于BOD的測定。后經過完善和發(fā)展，研究出其工作原理：生物敏感元件采用微生物混合菌種或單一菌種，一旦BOD物質發(fā)生加入、降解代謝現(xiàn)象，就會轉化微生物內外源呼吸方式，耦聯(lián)輸出電流發(fā)生強弱變化，傳感器輸出電流值處于某種條件下和BOD濃度呈線性關系。它不但滿足了實際監(jiān)測對于精度的要求，而且靈敏、快速，因此應用在水質在線分析方面前景廣闊。目前不但有應用于天然淡水、城市污水的BOD監(jiān)測傳感器，還有能適應海洋高鹽度水體特點的傳感器。

2、對苯酚類化合物的監(jiān)測

環(huán)境污染嚴重的污染物之一就是含苯化合物，因為很多芳香類化合物都會引起癌癥。近些年電化學傳感器先后產生了以漆酶、酪氨酸酶、過氧化物酶和苯酚羥化酶做生物敏感材料的傳感器，最常應用的是酪氨酸酶為生物敏感材料的傳感器，原理為：基于分子氧存在基礎下，依靠酪氨酸酶將單酚類物質進行氧化，使其生成二酚，從而將其氧化成為苯醌類物。由于苯醌能利用電化學途徑將電子吸收轉換成鄰苯二酚，所以對苯醌類物質生成情況及氧的消耗程度進行監(jiān)測，就可以實現(xiàn)苯酚類物質監(jiān)測目的。這種監(jiān)測方法具有較高的靈敏度和較強的選擇性。還有一些生物傳感器利用微生物菌體作識別材料進行苯酚類物質的監(jiān)測，因細菌經常含有降解質粒，所以假單胞菌屬極受研究者關注[3]。

3、對硝酸鹽的監(jiān)測

利用生物傳感器對水環(huán)境里面的NO3-進行測量，需要測定還原成NO2-時的還原電流大小，以此來反映NO3-含量。該傳感器在NO2-濃度為400？mol/L以內時，有較好的監(jiān)測效果。對傳感器用電泳的原理進行改造，將電極放入被監(jiān)測液和培養(yǎng)基池中，使得NO3-與敏感元件更加接近，得到更好的監(jiān)測效果。

三、對農藥等物質的監(jiān)測

除草劑、殺真菌劑、殺昆蟲劑、脫葉劑、植物生長調節(jié)劑等均屬于農藥類物質，農藥是一種廣泛存在于大氣、土壤以及水、植物和食品中環(huán)境污染物。其中除草劑不但含有有機化合物，也含有無機物；殺真菌劑含有有機化合物、含硫化合物及含銅化合物；殺昆蟲劑含有馬拉硫磷、對氧磷等有機磷化合物。這些都會造成人體的危害，導致造血功能受損、呼吸道損傷、神經系統(tǒng)疾病、免疫系統(tǒng)損傷或嚴重的致癌現(xiàn)象。目前常用的殺蟲劑監(jiān)測方法為氣相色譜法，但某些殺蟲劑具有高極性、低揮發(fā)性以及對熱不穩(wěn)定性，很難采用氣相色譜法進行監(jiān)測。但有機磷農藥會在低濃度下進行一些特定酶活性的抑制，抑制程度受到有機磷農藥濃度的影響，所以設計了酶傳感器進行有機磷農藥濃度的間接測定。其中酶傳感器的作用機理主要是乙酰膽堿在膽堿酯酶的作用分解產生膽堿和乙酸，然后膽堿別膽堿氧化酶氧化形成甜菜堿并釋放出H2O2，農藥與膽堿酯酶發(fā)生作用時，將會形成極易水解的非共價的中間復合物，同時由于乙酰膽堿酯酶高度敏感于有機磷農藥，所以測定反應相pH變化就能得到酶活受抑情況，間接可將有機磷農藥濃度推算出來，從而能夠監(jiān)測出藥物的危害性。

四、總結

生物傳感器的開發(fā)主要是依據(jù)生物技術、生物電子學和微電子學幾方面的研制成果不斷的發(fā)展和滲透。在環(huán)境監(jiān)測中應用生物傳感器，不僅能夠實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測的及時準確性，而且生物傳感器技術還能夠實現(xiàn)在線監(jiān)測的優(yōu)點。對于未來的傳感器而言，必將與計算機結合，實施采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)自動化進行，提供出更科學和準確的結果，進而形成完全的自動化檢測系統(tǒng)，為環(huán)境的保護作出最大的貢獻。

參考文獻

[1] 周仕林，劉冬.？？生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應用[J].？理化檢驗（化學分冊）.2011（01）：23-25.

[2] 殷大根，杜勇，劉曉霞.生物傳感器基于碳納米管對環(huán)境監(jiān)測的研究進展[J]. 材料開發(fā)與應用，2011（04）：50-52.

[3] 樊占春，張靜.生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測領域的應用[J]. 四川環(huán)境. 2010（06）：140-142.