传感器在环境监测中的应用

生物传感器在环境监测中的应用

摘 要：本文对生物传感器在环境监测中的发展和生物传感器的分类作了概述，然后就生物传感器在水环境监测和大气环境监测中的应用作了论述。

关键词：生物传感器；环境监测；水环境监测；大气环境监测

随着我国工业化的迅猛发展，环境污染成为了社会和经济发展的突出问题，而作为环境保护的重要一环，环境监测的重要性不言而喻。环境监测能够有效的将环境污染准确、定量的展现出来，进而为环境保护决策提供可靠的数据。但是由于传统的环境监测方式存在数据生成较慢、仪器昂贵、操作难度较高等问题，因此发展监测速度更快、成本更低廉、更易操作的环境监测方式成为环境监测发展的方向。生物传感器恰恰能有效处理了传统环境监测方式的缺点，由于生物传感器相对于传统的监测方式具有监测速度更快、成本更低廉、更易操作等优势，因此，生物传感器在环境监测中现在已经得到了越来越多的关注，并且其在环境监测中所取得的成就已经得到国际和国内专家的认可。生物传感器是以固定化细胞核和固定化酶技术，用生物学元件作为识别元件，感知被测物并将其转变成可识别的信号的装置。其基本原理是通过生物元件感受到目标信息，生物元件感受到目标信息后，再将目标信息转变为电等识别信息，进而获得目标信息的状况。生物元件通常可以使用细胞和酶及其组成部分来充当，目标信息转化器件通常有电导率式、热传感式等。

生物传感器最初产生于上世纪六十年代，当时，Clark等科研人员用酶作为电极，并将其应用到检测中[1]。至此以后，各种酶电极相继出现。继Clark等人研究出酶电极以后，Updike等人将铂电极应用到酶中。此项应用标志着生物传感器的诞生。进入七十年代以后，随着微生物学的发展，产生了与微生物相关的电极，微生物电极在八十年代获得了突飞猛进的发展。九十年代随着计算机和互联网技术的发展，使得生物传感器的发展进入一个新的台阶。

一、生物传感器的分类

生物传感器按其接受信息的生物体可分为酶传感器、微生物传感器、组织器官传感器、细胞器传感器、免疫传感器、DNA传感器。

２０１０年第０９期　（总第１５７期）　现代企业文化　ＭＯＤＥＲＮ　ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ　ＣＵＬＴＵＲＥ　ＮＯ．０９，２０１０　（ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｔｙＮＯ．１５７）　

生物传感器在环境监测中的应用及发展前景　

刘春英　，王维ｚ　

（１．秦皇岛市第三污水处理厂，河北秦皇岛０６６００４；２．保定职业技术学院，河北保定０７１０００）　

摘要：生物传感器作为一种环境监测方式。广泛应用于砷化　

物、硫化物、杀虫剂及除草剂残留物的捡测。在废水水质的在线　

监测、ＢＯＤ和氨氮的测定、酚类的检测以及对大气和废气的监　

测等方面，具有传统监测方式无法比拟的优点。　

关键词：生物传感器；环境监测；环境保护　

环境监测是环境科学的一个重要分支，其目的是及时、准　

确、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源　控制、环境规划和环境评价等提供科学依据。传统的环境监测方　

法通常采用离线分析方法，其缺点是：分析速度慢，操作复杂，　

所需仪器昂贵，且不适宜进行现场快速监测和连续在线分析。随　

着环境污染问题日益严重，建立和发展连续、在线、快速的现场　

监测体系尤为重要。　

生物传感器是将生物感应元件与能够产生和待测物浓度成比　

例的信号传导器结合起来的一种分析装置。与传统的离线分析技　

术相比，生物传感器具有体积小、成本低、选择性好、灵敏度　

高、响应快等优势，能在复杂的体系中进行快速在线连续监测．　

在环境监测领域有着广阔的应用前景。　

一、生物传感器的定义　

生物传感器定义为“使用固定化的生物分子（ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　

ｂｉｏｍｏｌｅｃｔｄｅｓ）结合换能器，用来侦测生体内或生体外的环境化　

学物质或与之起特异性交互作用后产生响应的一种装置”。生物　传感器由两个主要关键部分所构成：一部分来自于生物体分子、　

组织部份或个体细胞的分子辨认组件，此一组件为生物传感器信　

号接收或产生部分；另一部分属于硬件仪器组件部分，主要为物　

理信号转换组件。因此，如何以生化方法分离、纯化甚或设计合　

传感器在环境监测中的应用

咱生活的这个世界，环境那可是变得越来越重要啦！而在环境监测这个领域里，传感器可是个大功臣呢！

就说我前段时间的一次经历吧。我去了一个工业园区附近的小村子，本来以为会看到山清水秀的景象，结果却发现那里的空气总有股怪怪的味道。我就好奇啊，这到底是咋回事？后来才知道，原来是园区里的一些工厂排放不太达标，影响了周边的环境。这时候，传感器就派上大用场啦！

传感器就像是环境的“小侦探”，能敏锐地察觉到各种变化。比如说，空气质量传感器可以检测空气中的污染物浓度，像二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等等。它就像个超级灵敏的鼻子，一点点异味都能闻出来。而且啊，这检测的精度还特别高，能把污染物的含量精确到很小的数值。

还有水质传感器，它能监测水里的各种成分。像是溶解氧、酸碱度、化学需氧量这些指标，它都能给测个明明白白。我听说有的地方，在河流的关键位置安装了水质传感器，实时监测河水的状况。一旦发现水质有异常，就能迅速采取措施，防止污染进一步扩散。

温度和湿度传感器也是环境监测的好帮手。想象一下，在炎热的夏天，如果没有这些传感器来监测气温和湿度，我们怎么能及时知道什么时候该采取防暑降温的措施呢？而且对于一些对温度和湿度要求很高的生态系统，比如湿地，它们的作用就更明显啦。

另外，声音传感器也能发挥作用。在城市里，噪音污染可是个让人头疼的问题。声音传感器能测量出噪音的大小和频率，帮助我们找到噪音的来源，然后采取措施来降噪，让我们的生活更加安静舒适。

这些传感器把收集到的数据传送给监测系统，工作人员就能根据这些数据做出判断和决策。比如说，如果某个区域的空气质量持续恶化，相关部门就会要求附近的工厂进行整改，加强环保措施。

传感器的应用可不只是在城市和工厂这些地方，在农业领域也大有用武之地呢！比如说，在温室大棚里，通过安装传感器，可以实时监测土壤的湿度、温度和肥力等信息。农民伯伯就能根据这些数据来精准地浇水、施肥，让农作物长得更好。

生物传感器技术在环境污染监测中的应用

一、生物传感器技术的概述

生物传感器技术是将生物相互作用转变成可测量信号的技术手段。其依据生物学原理，将活性生物元素与传感器的信号转换器结合，能够实时、灵敏、可靠、快速且具有特异性地检测出特定分子在样品中的存在及其浓度变化。生物传感器技术拥有许多优点：如操作简单、检测条件温和、对生物体不会产生毒性影响、检测速度快、灵敏度高、特异性好等。这些特点能使其成为现代化监测技术的一种主流。

二、环境污染监测的重要性

环境污染已成为全球性问题。各种工业过程和生活习惯导致人类环境中的各种污染的人为排放日益增多，导致环境的破坏，从而影响人类的健康和生存环境。因此，环境污染监测具有重要的社会意义。

三、生物传感器技术在环境污染监测中的应用

1. 水质污染监测

水资源是人类生存不可或缺的重要资源，但受到各种化学物质的污染、生物污染和放射性物质污染，导致水的质量下降。而水质监测需要检测许多有害物质，因此使用生物传感器技术是实现快速、灵敏、特异监测的有效手段。 一些基于生物传感器技术的水质监测系统已被开发出来，并成功应用于废水处理、生物毒性和医疗诊断等领域。比如，利用荧光分析法和微生物传感器技术，在水中检测出大肠杆菌、霍乱弧菌等微生物。当溶液中有害菌数量不达标时，生物传感器能够发出响应信号。

2. 空气污染检测

空气污染对人体健康的危害是臭名昭著的，因空气中的细菌、病毒等有害微生物、二氧化氮、一氧化碳等化学污染物，可以引起呼吸系统疾病和其他健康问题。

为了有效地监测空气污染物，基于生物传感器技术的空气污染检测仪也被研制出来。基于蛋白酶的生物传感器，能够监测有害气体中的蛋白质污染物，主要用于检测生命科学实验室和焚烧废弃物的工作区。基于细胞的生物传感器，能够监测空气中的氨气、甲烷和一氧化碳等气体，其特异性和灵敏度与传统的硅基传感器相当。

3. 土壤污染监测

当前国内土壤污染情况日益严重，传统的土壤需要采集后送样检测，检测周期长、成本高并且检测结果不实时。而基于生物传感器的检测技术采用一种更为直接、准确，检测成本也相对较低的监测方法。基于基因工程改造生物植物的根系，能够将其转化为生物传感器，通过对土壤中污染物的吸附、转运、代谢等生理和生物学特点的研究，建立改造生物植物自带的传感器，用于实时监测土壤中的污染物。