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生物傳感器在環境監測中的應用

文檔作者：彭莉文檔來源：重慶市萬州區環境監測站		點擊數：	更新時間： 2023年10月12日
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生物傳感器在環境監測中的應用
彭莉
(重慶市萬州區環境監測站重慶萬州404000)
摘要生物傳感器技術綜合了多門學科，分析速度快、具有較高的靈敏度和較好的特異性，應用在復雜體中可以進行在
線連續監測．所以應用較為廣泛。先闡述了生物傳感器的組成，并介紹了應用原理，然后分析了生物傳感器在環境檢測中的監
測方法及作用機理。最后展望生物傳感器的發展方向、應用前景。
關鍵詞生物傳感器環境監測檢測應用
中圖分類號：X85 文獻標識碼：A 文章編號：1672—9064(2013)02—097-02
伴隨工業、農業迅速發展．環境污染問題已經越來越嚴
重．人們已經逐漸認識到環境保護的重要性。作為環境科學
的一項分支，環境監測主要是為了全面、準確、及時的將環境
質量現狀、發展趨勢反映出來，提供環境評價、規劃、控制的
科學依據。由于傳統的離線分析環境監測方法操作復雜、成
本昂貴、監測速度慢、不能現場進行連續快速在線分析，難以
滿足應用需求。日益嚴重的環境問題要求構建快速、連續、實
時、在線的污染監測體系。
生物傳感器是一套分析設備．主要由顯示系統、數據處
理系統、生物識別元件以及信號轉換裝置構成。]，它可以依
據一定規律進行可識別信號的轉換，選擇性好、穩定性高、響
應時間短，通常不需要對樣品實時預處理，攜帶方便，可進行
連續、實時、原位監測本文對其在環境檢測中的應用進行分
析。
1生物傳感器的組成
信號放大、信號傳輸、信號轉換系統．換能器．生物識別
元件。數據處理、數據顯示等系統是生物傳感器的重要組成
部分。目前普遍使用的是光纖型生物傳感器、電化學型生物
傳感器。生物傳感器通過電子計算機進行數據的分析處理及
數據的顯示。光纖型生物傳感器應用硅光片、光電倍增管、光
敏二極管等作換能器，光電倍增管的能量轉換效率最大：電
化學位型生物傳感器應用敏場效應管和玻璃電極作換能器。
核酸、受體、抗體、細菌菌體和酶是常用的生物識別元件
制作敏感材料?，F今應用在環境監測生物傳感器中最多的是
微生物細胞與酶。生物識別元件采用固定化酶．具有較高的
靈敏度、較強的專一性且響應時間短：不過提取純化酶難度
較大，酶的保存期限相對較短，極易失活。只有在適當的理化
條件下或基于某些可溶性輔助因子基礎上．酶才會產生作
用。依據某些微生物細胞制作的微生物傳感器，沒看有嚴格
限制理化條件。具有較長的保存期限、使用壽命。成本也不
高。但再生速度慢，響應時間長，處于一定情況下具有較差的
選擇性和專一性。
2生物傳感器的基本原理
通常生物傳感器的功能性識別元件采用生物學元件．以
固定化酶技術、固定化細胞做基礎。對被測物進行識別、感
知．并依據規律將其進行可識別信號轉換。通過轉換器對被
測物產生的特異性反應、信息或生物敏感元件等進行聲、電、
光等易檢測信號的轉換．間接獲取被測物相關信息。通常酶、
酶組分、細胞、細胞膜、細胞器、生物體、抗體、組織、核酸、感
受器、有機物分子等均屬于生物敏感元件。轉換器類型主要
有電導率、光強、電熱、聲強測量式，電流、阻抗、熱量測定式、
“分子”電子式和機械式等。
3 分析生物傳感器在環境監測中的應用
3．1 在大氣環境監測中的應用
最常見的影響大氣環境的污染因子有TSP、SO：、CO：和
NOx等，其中危害最大的是CO：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
引發因素。采用傳統的檢測方法檢測SO：、Nox，不但方法復
雜．還經常出現重現性差的檢測結果。因此在大氣環境監測
方面廣泛應用生物傳感器。
(1)對S02的監測。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SO，的監測。通過對
雨水中的亞硫酸鹽濃度進行測定來體現SO：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
好的重現性。
(2)對NO：的監測。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NO：的監測。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。體現大氣
所含的NO：含量。0．0lmmol／L是晟低檢測限【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。
3．2在水環境監測中的應用
(1)對BOD的監測。水體有機污染程度的衡量可以依據
生物化學需氧量(BOD)檢測。傳統采用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。
而且準確度和相對較差【3J。Karube等人于1977年從廢水處
理廠污泥中提取出微生物．經培養制成膠原膜．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
作者簡介：彭莉(1974～)，女，四川省儀隴縣人，高級工程師，大專。研究方向：環境監測。

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