電化學(xué)傳感器在環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用研究

郭春林

【摘 要】經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展使我國(guó)整體國(guó)力得到明顯的提升，在這樣的背景下，保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也要注重環(huán)境和生態(tài)的保護(hù)，大量的工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)種植對(duì)環(huán)境和空氣造成了較大的影響，這為環(huán)境保護(hù)敲響了警鐘。因此，論文針對(duì)環(huán)境檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用展開相應(yīng)的分析和論述，從闡述電化學(xué)傳感器工作原理和特點(diǎn)的角度著手，對(duì)其在環(huán)境檢測(cè)中具體應(yīng)用狀況予以分析。此次研究的主要目的是為了提升環(huán)境檢測(cè)的水平，進(jìn)而為環(huán)境保護(hù)方案的制定提供重要的信息。

【Abstract】The rapid development of economy has promoted the overall national strength of our country. Under this background， while protecting economic development， we should also pay attention to the protection of environment and ecology. A large number of industrial production and agricultural planting have a great impact on the environment and the air， which has sounded the alarm for environmental protection. Therefore， this paper launches the corresponding analysis and discussion for the application of environmental detection technology. From the view of the principle and characteristics of electrochemical sensors， the application status of electrochemical sensors in environmental monitoring is analyzed. The main purpose of this study is to improve the level of environmental detection， and then provide important information for the formulation of environmental protection programs.

【關(guān)鍵詞】環(huán)境檢測(cè)；電化學(xué)傳感器；環(huán)境保護(hù)

【Keywords】environmental detection； electrochemical sensor； environmental protection

【中圖分類號(hào)】TP212.9 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）12-0187-02

1 引言

生態(tài)是人們賴以生存的環(huán)境，同時(shí)也是人類文明的發(fā)源地，在人類走出原始森林之后，很多機(jī)械和工業(yè)的出現(xiàn)代表著人類文明走向了新的時(shí)代，各種新型科學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)為人們對(duì)環(huán)境保護(hù)策略的制定提供了技術(shù)支持。技術(shù)革新和創(chuàng)新提升了生產(chǎn)力，為現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步與信息化社會(huì)的建設(shè)提供了重要的保障，但與此同時(shí)科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展也為環(huán)境帶來不小的破壞。而電化學(xué)傳感器的發(fā)明和應(yīng)用使得環(huán)境檢測(cè)工作變得更為便捷，同時(shí)也提升了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。此次研究中選用這一課題，對(duì)環(huán)境檢測(cè)的實(shí)際工作具有現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)環(huán)保領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展具有理論性意義。

2 電化學(xué)傳感器在工作時(shí)的原理及特點(diǎn)分析

2.1 原理分析

電化學(xué)傳感器在不斷創(chuàng)新和發(fā)展下已經(jīng)具有較強(qiáng)的實(shí)用性，其工作原理是通過和被測(cè)對(duì)象發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而形成氣體，而氣體的濃度數(shù)值與設(shè)定的信號(hào)能得到相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果。一般形式的電化學(xué)傳感器主要是由傳感電極與反電極所組成，同時(shí)由一個(gè)薄電解層裝置予以隔開。在實(shí)際應(yīng)用中通過電極間連接的電阻器，與被測(cè)氣濃度成正比的電流會(huì)在正極與負(fù)極間流動(dòng)[1]。測(cè)量該電流即可確定氣體濃度。其實(shí)質(zhì)主要應(yīng)用污染物質(zhì)在電極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，然后通過先進(jìn)的轉(zhuǎn)換裝置對(duì)檢測(cè)的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)可識(shí)別的信息與數(shù)字，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)定性與定量的分析檢測(cè)目標(biāo)的一種儀器裝置。

2.2 特點(diǎn)分析

最早的電化學(xué)傳感器出現(xiàn)的時(shí)間為1940-1950年之間，當(dāng)時(shí)主要用在氧氣監(jiān)測(cè)的工作中，發(fā)展至1980～1990年，微型電化學(xué)傳感器便應(yīng)用于多種不同有毒氣體檢測(cè)中，在實(shí)際應(yīng)用中顯示出良好的敏感性與選擇性，從這一角度分析電化學(xué)傳感器具有較強(qiáng)的靈敏性[2]。另外，該儀器對(duì)工作電源的要求相對(duì)較低。在對(duì)氣體監(jiān)測(cè)的各種傳感器當(dāng)中，電化學(xué)傳感器屬于耗能較低的，鑒于其屬于低能耗類型的儀器，同時(shí)屬于移動(dòng)型的儀器，能在很多檢測(cè)實(shí)例中應(yīng)用。但是，由于電化學(xué)傳感器長(zhǎng)期處于惡劣的環(huán)境中，其壽命通常較短，這樣的特點(diǎn)使得在實(shí)際應(yīng)用后應(yīng)采用適當(dāng)?shù)谋ｐB(yǎng)措施。

3 電化學(xué)傳感器在環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用探析

3.1 在重金屬離子檢測(cè)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，重金屬離子檢測(cè)的方式通常有以下幾種：電化學(xué)方法、光譜法以及質(zhì)譜法。其中，電化學(xué)方法的操作流程比較容易，且其花費(fèi)的成本較低。所以，在重金屬離子檢測(cè)中應(yīng)用的比較廣泛，對(duì)相關(guān)行業(yè)的影響也較大。在重金屬離子檢測(cè)的實(shí)踐中，通過使用絲杠印刷技術(shù)與模板復(fù)雜合成法結(jié)合的方式，制造了多孔絲網(wǎng)印刷碳電極，并對(duì)該電極進(jìn)行了適當(dāng)?shù)难b飾，通過使用鉍膜，完成對(duì)鉛和鎘的檢測(cè)，檢測(cè)限的數(shù)據(jù)為0.031ug/L與0.35ug/L[3]。同時(shí)，一些學(xué)者通過使用導(dǎo)電物質(zhì)分子導(dǎo)線這種物質(zhì)，將其作為黏合劑粘合劑，研制出了一種新型的電極種類-碳糊電極，并對(duì)這種電極進(jìn)行了修飾，進(jìn)行修飾選用的是Nafion膜與錫膜。通過利用碳糊電極對(duì)農(nóng)田灌溉水中的鎘離子進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)限的數(shù)據(jù)為0.15ug/L。將上述結(jié)果和原子吸收光譜法的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)該傳感器的檢測(cè)結(jié)果比較準(zhǔn)確，性能比較可靠。endprint

3.2 在酚類化合物物檢測(cè)中的應(yīng)用

在對(duì)酚類化合物檢測(cè)的過程中，應(yīng)考慮該種物質(zhì)的危害性，酚類化合物在社會(huì)環(huán)境中分布比較廣泛，屬于一種有機(jī)污染物，一旦在人體內(nèi)積蓄，便會(huì)導(dǎo)致人體細(xì)胞產(chǎn)生毒性，對(duì)人類的健康十分不利[4]。因此，酚類化合物是一種需要優(yōu)先進(jìn)行檢測(cè)的物質(zhì)。一些學(xué)者通過電聚合的方式，制造了一種可拋型的茜素紅-石墨烯修飾絲網(wǎng)印刷電極，并將其應(yīng)用于水中酚類化合物的檢測(cè)。通過實(shí)踐表明，在該電極的作用下，苯二酚和鄰苯二酚會(huì)發(fā)生明顯的催化作用，通過檢測(cè)，其檢測(cè)限的數(shù)據(jù)為4.35*10-6mol/L；將有序介孔碳修飾到玻碳電極上，便會(huì)制造出電化學(xué)傳感器，再將該傳感器應(yīng)用到酚類物質(zhì)酸度系數(shù)的測(cè)定上。

3.3 在農(nóng)藥品殘留物檢測(cè)中的應(yīng)用

在人類的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)藥是經(jīng)常用到的物質(zhì)，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、存儲(chǔ)以及病蟲害防治都起到了非常重要的作用?，F(xiàn)如今，城市化建設(shè)進(jìn)程不斷加快，人口數(shù)量迅速增長(zhǎng)，而農(nóng)業(yè)耕地的面積逐漸縮小，為了保證農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量及品質(zhì)，農(nóng)藥的使用必不可少。人們通過科學(xué)合理地使用農(nóng)藥，為社會(huì)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)效益。但與此同時(shí)，農(nóng)藥的過度使用也對(duì)人們的生存造成了威脅。在一些農(nóng)產(chǎn)品中，農(nóng)藥殘留物嚴(yán)重超標(biāo)，極大影響了人們的身體健康[5]。因此，一些學(xué)者利用石墨烯-Nafion復(fù)合物作為固相吸附劑，制造了用于檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥的電化傳感器。通過該新型電化學(xué)發(fā)光傳感器，完成了對(duì)農(nóng)藥中抗蚜威、啶蟲脒以及吡蟲啉的檢測(cè)，其檢測(cè)限的數(shù)據(jù)為0.666ng/mL、40ng/mL、50ng/mL。

3.4 在多環(huán)芳烴物檢測(cè)中的應(yīng)用

在對(duì)多環(huán)芳香烴類（PAH）的物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)充分考慮到這種物質(zhì)具有的有毒有害特性以及致癌性，由于該物質(zhì)在水中的PAH含量比較少，其含量范圍通常在1*10-9na/ml的范圍內(nèi)。因此，該物質(zhì)的檢測(cè)過程比較難實(shí)現(xiàn)。所以，針對(duì)這種情況，一些學(xué)者開發(fā)了靈敏度較高的檢測(cè)傳感器，以便更精確有效地完成在水體中多環(huán)芳香烴類物質(zhì)的檢測(cè)[6]。通過實(shí)踐表明，光纖光學(xué)熒光傳感器對(duì)多環(huán)芳香烴類物質(zhì)的檢測(cè)限的數(shù)據(jù)可達(dá)到5*10-10μmol/L。同時(shí)，一些學(xué)者也認(rèn)為，利用不同亮度的熒光分子，也能夠分析出蒽的濃度。相較于傳統(tǒng)的檢測(cè)方式而言，光纖光學(xué)熒光傳感器的檢測(cè)結(jié)果比較準(zhǔn)確，檢測(cè)時(shí)間也較短，是一種比較有效的檢測(cè)方式。

4 結(jié)論

通過論文的論述得知，電化學(xué)傳感器屬于科學(xué)技術(shù)發(fā)展下的技術(shù)產(chǎn)物，通過對(duì)其在重金屬離子檢測(cè)、酚類化合物物檢測(cè)、農(nóng)藥品殘留物檢測(cè)、多環(huán)芳烴物檢測(cè)得知，電化學(xué)傳感器具有較多的優(yōu)點(diǎn)：靈敏性和較強(qiáng)的實(shí)用性，但是其使用壽命相對(duì)其他儀器而言較短。在未來科技的創(chuàng)新發(fā)展下，定能得到相應(yīng)的解決。望此次研究的內(nèi)容和結(jié)果能被當(dāng)下環(huán)境檢測(cè)從業(yè)人員重視，進(jìn)而在實(shí)際工作中推廣使用，為我國(guó)環(huán)境保護(hù)事業(yè)的發(fā)展起到推動(dòng)性作用。

【參考文獻(xiàn)】

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【6】趙燕芳，岳太星，金玲仁，等.基于石墨烯構(gòu)建的電化學(xué)傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，22（04）：56-59.endprint