劉立紅+++車文實(shí)+++孫晶+++陳麗華+++代立梅+++楊柳+++朱道玉

摘 要：文章主要對(duì)電化學(xué)傳感器技術(shù)的原理及其在環(huán)境檢測(cè)各個(gè)方面的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，最后對(duì)電化學(xué)傳感器技術(shù)存在的問題和發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：電化學(xué)傳感器；環(huán)境檢測(cè)；應(yīng)用研究

引言

環(huán)境問題是現(xiàn)代世界統(tǒng)一關(guān)注的問題，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，環(huán)境污染問題也越來越嚴(yán)重，給人們的生活、健康、經(jīng)濟(jì)都帶來深遠(yuǎn)的影響。電化學(xué)分析技術(shù)是現(xiàn)代環(huán)境污染物以及環(huán)境微檢測(cè)技術(shù)中新興起來的一種技術(shù)。目前電化學(xué)傳感器主要應(yīng)用在對(duì)土壤環(huán)境、水體環(huán)境中金屬離子的檢測(cè)，對(duì)大氣環(huán)境中二氧化硫、二氧化氮等氣體的檢測(cè)等。

1 電化學(xué)傳感器的基本原理

電化學(xué)傳感器是化學(xué)傳感器的一種，是現(xiàn)代化學(xué)分析測(cè)定中的一類特殊傳感器。主要是利用污染物質(zhì)在電極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，再通過特定的換能器將這種感知信息轉(zhuǎn)換成可識(shí)別的，與目標(biāo)物質(zhì)濃度變化成比例的電信號(hào)被人們識(shí)別，從而達(dá)到定性或定量的分析檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的一種儀器設(shè)備。

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

2.1 電化學(xué)傳感器對(duì)重金屬離子的檢測(cè)

目前重金屬離子檢測(cè)方法有光譜法、質(zhì)譜法、電化學(xué)方法等。電化學(xué)方法由于測(cè)定操做步驟簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉而在重金屬離子的檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。華東理工大學(xué)的陳晨[1]等人采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)與模板復(fù)雜合成法制備了多孔絲網(wǎng)印刷碳電極，并用鉍膜對(duì)該電極進(jìn)行了修飾，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鉛和鎘兩種重金離子的檢測(cè)，檢測(cè)限達(dá)到0.03ug/L和0.34ug/L。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的王志強(qiáng)[2]等人采用導(dǎo)電物質(zhì)分子導(dǎo)線作為粘合劑，制作了一種新型碳糊電極，并用Nafion膜和錫膜在電極表面進(jìn)一步修飾，利用該電極對(duì)多個(gè)農(nóng)田灌溉水水中的鎘離子進(jìn)行了測(cè)定，檢測(cè)限為0.13ug/L，并把檢測(cè)結(jié)果與原子吸收光譜法測(cè)量結(jié)果對(duì)照，分析表明該傳感器具有良好的檢測(cè)準(zhǔn)確性和可靠性。鄒紹芳等人研究了重金屬電化學(xué)傳感器在海水檢測(cè)中的應(yīng)用并研制了用于多元素重金屬檢測(cè)的集成微型傳感器用于測(cè)定鋅、銅、錳、砷、鐵、鉻等多種元素。Lau等人研究了可以同時(shí)檢測(cè)Pb2+和Cd2+的電化學(xué)傳感器，該傳感器是利用發(fā)光二極管（LED）原理設(shè)計(jì)的，對(duì)兩種金屬離子的檢測(cè)限都能達(dá)到nmol/L。

2.2 電化學(xué)傳感器對(duì)有機(jī)污染物的檢測(cè)

2.2.1 電化學(xué)傳感器對(duì)多環(huán)芳烴物質(zhì)的檢測(cè)

多環(huán)芳香烴類物質(zhì)（PAH）是一大類有毒有害的污染物質(zhì)，且有致癌性，水體中的 PAH含量非常低，一般在1×10-9ng/mL范圍內(nèi)，很難檢測(cè)，這樣就需要開發(fā)靈敏度較高的檢測(cè)傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中PAN的檢測(cè)。Schechter等人發(fā)明了光纖光學(xué)熒光傳感器，這種傳感器對(duì)（PAH）的檢測(cè)限可達(dá)到 4×10-11μmol/L，對(duì)蒽類物質(zhì)的監(jiān)測(cè)限為5×10-10μmol/L。江南大學(xué)梁剛、劉新會(huì)[3]教授等通過特定的熒光分子亮度可以大致的分析出蒽的濃度。相對(duì)于傳統(tǒng)的檢測(cè)手段精度更高，檢測(cè)結(jié)果容易觀察，且節(jié)省了檢測(cè)時(shí)間，為后續(xù)傳感器上敏感元件上特殊材料的使用提供了依據(jù)。

2.2.2 電化學(xué)傳感器對(duì)酚類化合物的檢測(cè)

酚類化合物是一類普遍存在的有機(jī)污染物，在體內(nèi)蓄積可產(chǎn)生細(xì)胞毒性，危害人體健康。是一種優(yōu)先監(jiān)測(cè)的有機(jī)污染物。宋偉[4]等人采用電聚合方法制備了可拋型的茜素紅—石墨烯修飾絲網(wǎng)印刷電極，并把該電極應(yīng)用于水中酚類化合物的測(cè)定，該修飾電極對(duì)對(duì)苯二酚和鄰苯二酚具有明顯的催化作用，檢出限分別達(dá)4.34×10-6mol/L，3.42×10-6mol；張婷婷等人將有序介孔碳修飾到玻碳電極上構(gòu)建了電化學(xué)傳感器，并應(yīng)用到硝基苯酚異構(gòu)體以及苯酚衍生物的酸度系數(shù)的測(cè)定上，檢測(cè)限分別為0.1、0.08μmol/L。除此之外Zheng[5]課題組采用DNA/多壁碳納米管（MWCNTs）修飾的玻碳電極，實(shí)現(xiàn)對(duì)苯酚、甲基酚及兒茶酚等酚類污染物的檢測(cè)，此種技術(shù)的出現(xiàn)標(biāo)志著檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)到達(dá)了分子水平。

2.2.3 對(duì)農(nóng)藥殘留的檢測(cè)

農(nóng)藥在農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、儲(chǔ)存過程中以及在危害防治中起著重要的作用。尤其是人口多、耕地面積有限的今天，農(nóng)藥保證了糧食的豐產(chǎn)豐收，滿足人們對(duì)農(nóng)副產(chǎn)品的需求等方面發(fā)揮著重要的作用，為人類創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但農(nóng)藥的過度使用造成了對(duì)環(huán)境的污染，農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留超標(biāo)，嚴(yán)重危害著人體健康。薛瑞[6]等人以石墨烯-Nafion復(fù)合物作為固相吸附劑，制備用于檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥的電化學(xué)傳感器；張偉龍[7]等人研究了聚苯乙烯磺酸鈉功能化石墨烯的新型電化學(xué)發(fā)光傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)抗蚜威、啶蟲脒和吡蟲啉三種農(nóng)藥的檢測(cè)，檢出限分別為0.667ng/mL，40ng/mL，50ng/mL。

2.2.4 電化學(xué)傳感器對(duì)氣體污染物的檢測(cè)

電化學(xué)氣體傳感器主要是通過觀查電流變化來監(jiān)測(cè)氣體的濃度和成分的。簡(jiǎn)家文等[8]采用Pt為電極，YSZ（鉑-氧化釔-氧化鋯）為氧離子轉(zhuǎn)換器，可以檢測(cè)1×10-4μmol/L4～1×10-3μmol/L范圍的NO。Moon等人采用氧化鎢（WO3）的納米顆粒，對(duì)NO2的檢測(cè)限達(dá)到800ppb，達(dá)到了對(duì)大氣檢測(cè)的要求。

3 展望

電化學(xué)傳感器技術(shù)與以往的傳統(tǒng)方法相比具有諸多優(yōu)勢(shì)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的研究應(yīng)用已經(jīng)深入到各個(gè)角落，但是目前大部分還是處于大量的理論研究過程中，真正到實(shí)際應(yīng)用仍有大量的工作要做。例如，檢測(cè)氣體時(shí)需要傳感器的微型化；在檢測(cè)郊野水源水質(zhì)檢驗(yàn)的時(shí)候，檢測(cè)環(huán)境和條件難以達(dá)到要求；另外，目前大多數(shù)電化學(xué)傳感器一般只能對(duì)單一污染物進(jìn)行研究，缺乏對(duì)某一類污染物的系統(tǒng)性研究等等。雖然困難重重，但是隨著電化學(xué)傳感器技術(shù)的不斷改進(jìn)與創(chuàng)新，未來依然有希望在相關(guān)企業(yè)單位的廢氣排放、污水排放的現(xiàn)場(chǎng)徑直檢驗(yàn)和郊野環(huán)境的動(dòng)態(tài)沒有人監(jiān)控下的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，電化學(xué)生物傳感器具有環(huán)境污染小、樣品用量少、對(duì)樣品損傷程度低能與微制造技術(shù)相兼容等特性，使電化學(xué)傳感器在原位、實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)等方面擁有巨大的應(yīng)用潛力和良好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]陳晨.用于重金屬離子檢測(cè)的電化學(xué)傳感器的研究[D].上海：華東理工大學(xué)，2011.

[2]王志強(qiáng).農(nóng)產(chǎn)品及其產(chǎn)地環(huán)境中重金屬快速檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].

北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[3]梁剛，劉新會(huì).電化學(xué)DNA生物傳感器在檢測(cè)環(huán)境有機(jī)污染物中的應(yīng)用[J].環(huán)境化學(xué)，2013（7）：88-97.

[4]宋偉.基于納米材料的可拋式電化學(xué)傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[D].上海：華東理工大學(xué)，2011.

[5]Y.Q.ZhengYang，C.Z，W.Helal，Carbon nanotule-based DNA bicisenson for moni-toring phenolic pollutants [J].Microchun Acta，2009，16（1）：21-26.

[6]薛瑞.納米材料電化學(xué)傳感界面的構(gòu)建及農(nóng)藥殘留檢測(cè)應(yīng)用[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2014.

[7]張偉龍.納米金與石墨烯修飾農(nóng)藥殘留電化學(xué)傳感器研制及其應(yīng)用研究[D].無(wú)錫：江南大學(xué)，2013.

[8]簡(jiǎn)家文，楊邦朝，楊益燦.Pt/YSZ電極結(jié)構(gòu)形貌對(duì)傳感器特性的影響[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2004，18（4）：10-15.