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(zhì)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?qū)崿F(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(nóng)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(jīng)成為人們的共識，環(huán)境保護及環(huán)境污染控制已經(jīng)成為目前環(huán)境監(jiān)測人員工作的核心內(nèi)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(zhì)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(jīng)常出現(xiàn)重現(xiàn)性差的檢測結(jié)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(jīng)培養(yǎng)制成膠原膜，結(jié)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(jīng)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(zhì)發(fā)生加入、降解代謝現(xiàn)象，就會轉(zhuǎn)化微生物內(nèi)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(zhì)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(chǎn)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(zhì)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(zhuǎn)換成鄰苯二酚，所以對苯醌類物質(zhì)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(zhì)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(zhì)的監(jiān)測，因細菌經(jīng)常含有降解質(zhì)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(nèi)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(nóng)藥等物質(zhì)的監(jiān)測

除草劑、殺真菌劑、殺昆蟲劑、脫葉劑、植物生長調(diào)節(jié)劑等均屬于農(nóng)藥類物質(zhì)，農(nóng)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(jīng)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(nóng)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(nóng)藥濃度的影響，所以設計了酶傳感器進行有機磷農(nóng)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(chǎn)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(nóng)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(nóng)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(nóng)藥濃度推算出來，從而能夠監(jiān)測出藥物的危害性。

四、總結(jié)

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?qū)崿F(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?qū)崿F(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(jié)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(jié)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.