傳感技術(shù)在環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用

曹華偉

摘 要：環(huán)境問(wèn)題是影響人類(lèi)生存和社會(huì)發(fā)展的重大問(wèn)題，是全球人類(lèi)普遍關(guān)注的問(wèn)題。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，環(huán)境檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備不斷更新，檢測(cè)效果得到了顯著提升。本文將對(duì)電化學(xué)傳感技術(shù)、生物傳感技術(shù)以及光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：傳感技術(shù)；環(huán)境檢測(cè)；電化學(xué)；生物；光纖

1 概述

環(huán)境問(wèn)題是當(dāng)今國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的問(wèn)題，為保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，環(huán)境檢測(cè)和治理成為當(dāng)前的重要任務(wù)。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題日益惡化，水質(zhì)污染、酸雨形成、霧霾等惡性事件不斷發(fā)生，極大的影響著人們的生存和生活。如何加強(qiáng)環(huán)境檢測(cè)，恢復(fù)生態(tài)平衡，為經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長(zhǎng)提供有利條件成為社會(huì)各界廣泛關(guān)注的問(wèn)題。本文將以傳感技術(shù)為例，對(duì)其電化學(xué)、生物和光纖三種類(lèi)型的傳感器特點(diǎn)、原理及應(yīng)用進(jìn)行分析。

2 傳感技術(shù)在環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)環(huán)境實(shí)施快速、實(shí)時(shí)檢測(cè)的需求日益緊迫，傳感技術(shù)由此得到廣泛發(fā)展和應(yīng)用。依據(jù)檢測(cè)原理的不同，傳感技術(shù)可分為電化學(xué)傳感、生物傳感和光纖傳感。

2.1 電化學(xué)傳感應(yīng)用

2.1.1 特點(diǎn)分析。電化學(xué)傳感器受壓力變化影響較小，但傳感器內(nèi)的壓力差可能會(huì)損壞傳感器，因此保持壓力均衡是傳感器正常工作的前提；電化學(xué)傳感器對(duì)溫度較為敏感，溫度高于25℃時(shí)，讀數(shù)較高，而低于25℃時(shí)，讀數(shù)較低。電化學(xué)傳感器對(duì)待測(cè)樣品選擇性較強(qiáng)，傳感器類(lèi)型、待測(cè)樣品濃度和目標(biāo)氣體都會(huì)影響選擇程度，選擇性高、可靠性好的檢測(cè)氧氣的傳感器，其他類(lèi)型的則容易受到干擾。

2.1.2 測(cè)定原理。電化學(xué)傳感器是利用與待測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng)，然后根據(jù)電信號(hào)與氣體濃度的比值關(guān)系測(cè)定氣體含量。典型的電化學(xué)傳感器主要元件包括透氣膜、電極、電解質(zhì)和過(guò)濾器。

2.1.3 電化學(xué)傳感器的應(yīng)用。較為常見(jiàn)的有濕度傳感器、氧化氮傳感器、硫化物氣體傳感器等。傳統(tǒng)測(cè)定空氣濕度的儀器為濕球式溫度計(jì)、手搖式溫度計(jì)以及通風(fēng)式溫度計(jì)等，電化學(xué)傳感器測(cè)定濕度則更加靈敏。涂覆壓電石英晶體用傳感器是較為常用的濕度測(cè)定儀器，該儀器通過(guò)光合化學(xué)技術(shù)制成小型石英奪電晶體，然后將4種濕度敏感性較高的物質(zhì)涂在石英晶體上；晶體是振蕩電路中的共振器，其振動(dòng)頻率隨質(zhì)量的變化而改變，選擇不同的涂層，即可測(cè)定不同氣體的相對(duì)濕度。

二氧化硫是酸雨形成的主要原因，也是造成空氣污染的主要原因之一。因此，利用傳感器檢測(cè)二氧化硫，可降低檢測(cè)時(shí)間，提高檢測(cè)精度。檢測(cè)時(shí)，離子交換膜為固體聚合物，膜的一邊含對(duì)電極和參比電極的內(nèi)部電解液，另一邊插入鉑電極，組成二氧化硫傳感器。

2.2 生物傳感應(yīng)用

2.2.1 特點(diǎn)分析。隨著生物技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，生物傳感技術(shù)也逐漸興起并得到了廣泛應(yīng)用。生物傳感器具有集成化、微型化和高度自動(dòng)化特點(diǎn)，能快速有效地對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行檢測(cè)，因此已經(jīng)在生物制藥、環(huán)境檢測(cè)、食品工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2.2.2 檢測(cè)原理。生物傳感器是由分子識(shí)別單元和轉(zhuǎn)換器兩個(gè)部分組成，利用生物分子識(shí)別待測(cè)樣品，然后通過(guò)信號(hào)系統(tǒng)將生物分子所發(fā)生的物理或者化學(xué)變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，再利用分析系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析展示。

2.2.3 生物傳感器的應(yīng)用。根據(jù)國(guó)外相關(guān)報(bào)道，生物傳感器相對(duì)于傳統(tǒng)的電化學(xué)傳感器來(lái)說(shuō)具有一定優(yōu)勢(shì)，以有機(jī)磷和氨基甲酸酯農(nóng)藥的檢測(cè)為例，傳統(tǒng)檢測(cè)方法最小檢出量為400ng/kg，而利用固化了醛脫氫酶的酶?jìng)鞲衅骺纱蟠筇岣邫z測(cè)精度，檢出量最小值為9ng/kg。

將熒光細(xì)胞與中國(guó)大頰鼠的卵細(xì)胞重組的細(xì)胞序列可用于檢測(cè)環(huán)境中的有毒物質(zhì)，另外，科技的不斷發(fā)展，也推動(dòng)了生物傳感器的改進(jìn)，基于PCR技術(shù)和芯片技術(shù)的生物傳感芯片、各種生化分析儀器不斷被研發(fā)，方便攜帶、分析準(zhǔn)確快速已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，生物傳感技術(shù)在環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用將越加廣泛。

2.3 光纖傳感應(yīng)用

2.3.1 特點(diǎn)分析。光纖傳感是基于光纖盒光纖通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)傳感技術(shù)，可用于大氣、水質(zhì)、生態(tài)保護(hù)中的檢測(cè)。該技術(shù)具有體積小、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，因此可在有毒、有害、易燃、易爆環(huán)境中應(yīng)用。光纖傳感器具有實(shí)時(shí)在線、分布式遙測(cè)使用的優(yōu)點(diǎn)，可滿足當(dāng)前環(huán)保市場(chǎng)對(duì)環(huán)境指標(biāo)快速、高效檢測(cè)的需求。

2.3.2 檢測(cè)原理。光纖傳感器是利用待檢污染物與光相互作用，使光纖中光信號(hào)發(fā)生變化（或污染物與其他物質(zhì)作用，間接改變光纖信號(hào)特性），然后通過(guò)光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)其檢測(cè)，從而得到污染物的相關(guān)信息值。光纖傳感器一般由光源、光纖引線、敏感元件和信號(hào)檢測(cè)分析設(shè)備幾部分組成。

2.3.3 光纖傳感器應(yīng)用。光纖pH傳感器可檢測(cè)水體pH值，其檢測(cè)原理是根據(jù)特定染色材料的pH值固定比色指示劑原理，將染色材料制成透光或反光薄膜，用光譜分析法即可測(cè)定水中的pH值。光纖離子傳感器將流動(dòng)注射分析法、激光激發(fā)熒光譜技術(shù)、光纖傳導(dǎo)技術(shù)以及CCD攝影技術(shù)等相結(jié)合，可對(duì)銅離子、鋅離子、鎘離子和鎳離子進(jìn)行快速檢測(cè)。光學(xué)濁度傳感器是利用激光在待測(cè)水樣中反射光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度的變化情況而測(cè)定水樣透明度下降狀況。我國(guó)在光纖傳感方面的研究相對(duì)較晚，不過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)在這一領(lǐng)域取得了較為顯著的成果。如中科院山東分院研發(fā)的光纖瓦斯氣體傳感器及其在線檢測(cè)系統(tǒng)，可利用紅外吸收光譜法和光線技術(shù)對(duì)甲烷等易燃易爆氣體進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提升，環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)引起了全社會(huì)人們的廣泛關(guān)注。環(huán)境問(wèn)題不僅關(guān)系到人類(lèi)的健康生存，還會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生影響。環(huán)境檢測(cè)不僅可幫助我們了解現(xiàn)在的環(huán)境現(xiàn)狀，還能為我們治理環(huán)境問(wèn)題，改善生存條件提供可靠的技術(shù)指導(dǎo)。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的推動(dòng)下，環(huán)境檢測(cè)技術(shù)和檢測(cè)設(shè)備也將不斷優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)快速、高效、環(huán)保、準(zhǔn)確的環(huán)境指標(biāo)檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁巧橋.光纖傳感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].環(huán)境工程，2009，S1：451-452+464.

[2]邵紅艷，張義浜.傳感器技術(shù)在環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].化學(xué)分析計(jì)量，2009，06：86-88.

[3]邵敏.基于光纖傳感的森林資源環(huán)境檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西北工業(yè)大學(xué)，2014.

[4]湯琳.環(huán)境污染控制過(guò)程高靈敏生物傳感技術(shù)研究及其檢測(cè)體系構(gòu)建[D].湖南大學(xué)，2009.