用于環(huán)境監(jiān)測的生物傳感技術分析

摘 ?要：通過生物傳感技術，可將生物生化反應轉變?yōu)榭啥康奈锘盘?，以該信號為依據即可監(jiān)測生態(tài)環(huán)境中的化學物質?；诖?，首先闡述了生物傳感技術工作原理，從不同方面分析了生物傳感技術在環(huán)境監(jiān)測中的具體應用，旨在借助先進技術提高環(huán)境監(jiān)測質量，為環(huán)境治理工作的開展奠定基礎。

關鍵詞：環(huán)境監(jiān)測;生物傳感技術;技術分析

引言：

環(huán)境監(jiān)測與治理作為生態(tài)環(huán)境保護的重要工作而備受關注，其中環(huán)境監(jiān)測結果是治理工作的依據，若監(jiān)測不到位則無法切實了解環(huán)境問題，各類生物傳感器裝置具有高靈敏優(yōu)勢，可精準監(jiān)測環(huán)境中的各類污染性物質，且可在線監(jiān)測，效果優(yōu)異，故生物傳感技術在環(huán)境監(jiān)測作業(yè)中表現出優(yōu)異作用。

一、生物傳感技術工作原理

在新時代發(fā)展期間，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略持續(xù)推進，對于環(huán)境監(jiān)測工作尤為關注，而在新時代背景下，可引入生物傳感技術提高環(huán)境監(jiān)測結果的精準性。生物傳感技術由電子信號處理器、生物敏感元件、信號轉換器構成，隨著傳感器技術的進步，生物傳感技術現已具備在線監(jiān)測、持續(xù)監(jiān)測功能，可滿足不同情形下的環(huán)境監(jiān)測需求，更便于環(huán)境監(jiān)測工作的開展，且在一定程度上拓寬了生物傳感技術在環(huán)境監(jiān)測工作中的應用范圍。從本質分析生物傳感技術的實現原理，其可通過轉換器，將我特異性反應及生物敏感元件信號轉變?yōu)橐妆O(jiān)測采集的信號，如電信號、光信號與聲信號，以此間接得出生態(tài)環(huán)境中某項物質的信息數據，此時環(huán)境監(jiān)測人員可直接分析傳感器所得的物質信息數據分析生態(tài)環(huán)境情況。隨著技術對革新技術，生物傳感器出現不同類型，如聲波傳感器、電位型傳感器、阻抗型傳感器、安培型傳感器，可用于監(jiān)測不同類型的信號;考慮到環(huán)境監(jiān)測的需求，還存在PH傳感器、02傳感器、CO2傳感器、NH3傳感器;從生物敏感元件角度來看，又可將傳感器劃分為DNA傳感器、微生物傳感器、免疫傳感器。不同的生物傳感器適用于不同場景，對于環(huán)境監(jiān)測工作中的物質反映情況同樣存在不同，因此為充分發(fā)揮出生物傳感器技術的作用，提高環(huán)境監(jiān)測準確性，用于正式監(jiān)測環(huán)境參數前結合需求選擇適宜的生物傳感器類型。

二、生物傳感技術在環(huán)境監(jiān)測中的具體應用

（一）酚類物質監(jiān)測

酚類物質能夠對生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞，應用生物傳感技術可便捷精準地監(jiān)測出生態(tài)環(huán)境中的酚類物質含量。酚類物質監(jiān)測工作主要依靠酶電極安培傳感器得以實現，該傳感器不受外部干擾因素影響，檢出限較低，可良好監(jiān)測出酚類物質信息數據。酶電極安培傳感器通常運用酪氨酸酶、漆酶、過氧化物酶作為生物敏感材料，例如：酪氨酸酶能夠使單酚物質轉化為二酚，進一步將其轉化為苯醌物質，而在電化學作用下，可將苯醌物質轉換為易監(jiān)測的鄰苯二酚，通過上述過程可獲得環(huán)境中苯酚物質的存在情況，以此完成酚類物質的監(jiān)測工作。除酶電極安培傳感器外，監(jiān)測酚類物質時還可運用微生物膜電極生物傳感器，該傳感器由微生物膜、極譜型氧電極不夠，當酚與氧同時進入生物傳感器內的微生物膜時，酚將會被微生物同化，該過程消耗氧，以此可降低氧電極輸出電流及氧速率，繼而明確環(huán)境中的酚類物質濃度，并可通過酚濃度與氧降低值之間的線性關系對酚類物質進行持續(xù)監(jiān)測。

（二）廢水水質監(jiān)測

廢水水質監(jiān)測是保障環(huán)境質量的有效措施，可通過水質監(jiān)測了解水環(huán)境污染情況，為水環(huán)境治理工作的開展提供依據。傳統(tǒng)廢水水質監(jiān)測工作需通過分離提取、分析富集的過程進行廢水水質判斷，環(huán)節(jié)復雜，且具有一定難度，而生物傳感技術可降低廢水水質監(jiān)測難度，并可實現廢水水質的在線實時監(jiān)測。例如：借助細胞膜生物傳感器監(jiān)測水環(huán)境中的物質信息，捕捉生理效應信號，以此判斷出廢水各成分含量，此外，還可將自動裝置安裝至生物傳感器結構上，用于提升生物傳感器靈敏度及準確度，總體而言，生物傳感器技術在地下水監(jiān)測及工業(yè)廢水處理工作中具有良好效果。

（三）生物需氧量監(jiān)測

生化需氧量是評價水環(huán)境質量的關鍵指標，可通過生化需氧量了解水環(huán)境污染情況，并可明確廢水生化降解性及處理效果。生化需氧量的傳統(tǒng)監(jiān)測方式為標準稀釋，工序復雜，精準度略顯不足，此時可運用BOD生物傳感技術，在線實時監(jiān)測水環(huán)境中的生化需氧量。在BOD生物傳感技術實際應用時，需在生物傳感器內添加無生物需氧量的溶液，該溶液需受氧飽和且持續(xù)恒溫，待生物傳感器能夠持續(xù)輸出穩(wěn)態(tài)電流時添加水環(huán)境監(jiān)測樣品，此時樣品中有機物將進入生物傳感器生物膜結構，微生物發(fā)生代謝作用而消耗氧，繼而可降低生物傳感器時的輸入電流。在適度生化需氧量濃度條件下，生物傳感器的輸入電流降低值與樣品溶液內BOD呈現出線性關系，此時可通過觀察分析該關系判斷水環(huán)境的生化需氧量。

（四）多氯聯(lián)苯及二噁英監(jiān)測

多氯聯(lián)苯是自然生態(tài)環(huán)境中常見的環(huán)境污染物，在化學工業(yè)產業(yè)中應用較多，若多氯聯(lián)苯大量存在于自然生態(tài)環(huán)境內，將會危害人體健康，此時可運用DNA生物傳感器或電化學生物傳感器對環(huán)境中的多氯聯(lián)苯進行監(jiān)測。二噁英屬于氯類物質，存在一定致癌性，屬于環(huán)境污染物質，環(huán)境監(jiān)測期間可運用SPR生物傳感器檢測出二噁英。

（五）硝酸鹽及二氧化氮監(jiān)測

生態(tài)環(huán)境中的硝酸鹽屬于污染性物質，其多見于加工食品、地下水、氣態(tài)水、地表水內，人為排放的含氮廢氣在自然環(huán)境內轉化為硝酸鹽，繼而對環(huán)境造成污染。監(jiān)測硝酸鹽時需運用小型生物傳感器，將假單細胞菌置于小毛細管與電化學傳感器內，硝酸鹽內的氮待微生物固定后將轉變?yōu)镹20，小傳感器負性銀可將N20還原，繼而直接線性表現出硝酸鹽氮濃度[1]。環(huán)境中二氧化氮的監(jiān)測可主要是對亞硝酸根的測定，同樣依托于還原原理、還原電流得出環(huán)境中的二氧化氮含量，繼而了解大氣污染情況。

（六）其他毒性物質監(jiān)測

毒性物質主要是借助Cellsens生物傳感器進行監(jiān)測，該傳感器可監(jiān)測出細菌的呼吸情況，此時可通過分析傳感器電流得出該物質的毒性情況，污染物可對細菌呼吸活動產生影響，以此有效監(jiān)測環(huán)境中的毒性物質[2]。生物傳感器可用于監(jiān)測環(huán)境中的二氯苯酚、酚類毒性物;有機磷傳感器可監(jiān)測農藥毒性，有機磷能夠抑制農藥成分活性，通過成分活性變化情況即可了解農藥濃度，相較于傳統(tǒng)農藥監(jiān)測方法，生物傳感技術提高了監(jiān)測效率與質量，效果較好。

結束語：

綜上所述，生物傳感技術在環(huán)境監(jiān)測工作中具有較強優(yōu)勢，物質信息數據采集精準，可便捷化監(jiān)測生態(tài)環(huán)境中的酚類物質、廢水水質、生物需氧量、多氯聯(lián)苯、二噁英、硝酸鹽、二氧化氮及其他毒性物質，一旦環(huán)境內出現異?，F象即可快速得知，監(jiān)測效果較好。

參考文獻：

[1]宋國欣.現代生物技術在環(huán)境監(jiān)測中的應用探究[J].科技風，2021（18）：125-126.

[2]李燕.水環(huán)境監(jiān)測中生物監(jiān)測技術的應用[J].節(jié)能與環(huán)保，2021（03）：92-93.

作者簡介：

姜建華（1986年07月—），男，漢族，浙江衢州市，大專，助理工程師，研究方向：環(huán)境監(jiān)測。