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摘 要在低碳经济背景下,对环境管理工作提出更高要求,如何实现现场在线监测与分析,已成为环境监测的重点研究课题.随着传感技术的日益成熟,传统的化验式数据收集方法已经逐渐转变成人工智能方法,提高数据收集效率与质量水平,而生物传感技术的运用,也有效简化了发现环境污染、监督环境问题的过程,将成为今后环境监测的重要方向.
关 键 词环境监测；生物传感；技术；应用
中图分类号X17文献标识码A文章编号1673-9671-（2012）102-0214-01
生物传感技术基于生物传感器而实现,通过较高的灵敏度,实时监测环境中各种污染物的浓度,同时具有体积小、检验过程方便等优势,可以支持原位在线监测方法,具有强大的应用价值与广阔的发展空间.以下将对生物传感技术在环境监测中的具体应用进行分析.
1生物传感技术在废水水质监测中的应用
当前,废水水质的监测已成为污水处理厂普遍面临的难题,主要由于水环境中涉及到诸多的污染物,且成分较为复杂,其含量具有痕量特征,这就需要采取切实有效的提取、分离及富集、分析等方法,而如果实现所有过程的在线监测存在一定难度.随着生物传感技术投入使用,更好地支持在线监测废水生物处理过程,可实现自动监控.例如,在高级环境监测系统中,应用了生物传感器,可监测废水中含有的环境污染物,在细胞膜生物传感器中,其脂双层结构中包含了疏水区,针对被运输的物质具有良好的选择性能,那么细胞就可以通过环境主动获取相应物质,发挥良好的生理效应,并利用信号转换器实行测定.另外,为了更好地发挥生物传感器的应用性能,还可采取自动装置,提高生物传感器的重复检测水平与敏感度,尤其适用于地下水监测和工业废水处理过程的监测.
2生物传感技术在多氯联苯和二恶英监测中的应用
多氯联苯作为常见的环境污染物之一,当前已经在化学工业广泛应用,尤其在变压器及电容器的电介质中成功应用.如果环境中含有高毒性的多氯联苯,必将对人们的身体健康造成威胁.当前,各种配置的生物传感器设计并投入使用,以此对环境中含有的多氯联苯进行测定,其中包括DNA生物传感器、带有电化学检测的生物传感器等.同时,二恶英也是氯类物质之一,在生产PVC材料、杀虫剂或者燃烧废物过程中都会产生二恶英,它作为一种致癌物,对人类健康造成极大威胁.在传统的二恶英分析工作中,涉及到较为繁琐的过程和高成本问题,如果采取免疫测定方法,则可较为方便地监测二恶英,同时SPR生物传感器既可以监测多氯联苯,也可以检验二恶英物质.
3生物传感技术在酚类物质监测中的应用
在酚类化合物尤其是氯酚物质,对环境产生严重的污染.通过酶电极安培传感器在环境监测中的应用,具有干扰源少、检出限低等特征.近年来,通过漆酶、酪氨酸酶、过氧化物酶、苯酚羟化酶等作为生物敏感材料,在电化学传感器中成功应用.以酪氨酸酶为例,可以将单酚类的物质氧化并生成二酚,同时氧化为苯醌类物质.通过苯醌物质,可以通过电化学方法将电子吸收并还原成邻苯二酚.因此,对氧的消耗过程以及苯醌类物质的生成过程进行监测,也可以判断苯酚类物质的存在.例如,基于麦芽糊精修饰的酪氨酸酶碳糊电极生物传感器,可以较好地测定苯酚,同时也可对邻甲酚、氯苯酚等酚类物质产生响应.
另外,在测定酚的方法中,采用微生物膜电极生物传感器也是一种行之有效的方法,该传感器主要涉及微生物膜和极谱型氧电极两部分,如果酚和氧共同进入到微生物膜中,那么微生物就会对酚产生同化作用,进而产生耗氧量,进入到氧电极中的氧速率有所降低,输出的电流也逐渐减少.控制在一定酚浓度的范围内,电流的降低值和酚浓度表现为线性关系.
4生物传感技术在BOD监测中的应用
对于评价水体中受到有机污染的程度来说,以生物需氧量（BOD）作为重要指标.同时BOD也可以对废水中的生化降解性、生化处理效果等进行评价.当前,主要以标准稀释作为BOD检测方法,但是该方法较为复杂,重现效果不理想,尤其在现场监测中不能较好应用.如果采用BOD生物传感技术,则可以在短时间内快速确定BOD含量,尤其在水质状况监测中,可支持在线应用.有关BOD生物传感技术的应用原理主要为：在不含有BOD的缓冲溶液中放置生物传感器,此时溶液可以保持恒温状态并受到氧的饱和作用.当传感器中输出稳态电流之后,即可加入样品,此时有机物就会扩散到生物传感器的生物膜中.由于微生物对有机物质产生代谢作用,会消耗一定的氧量,进而降低了传感器的输入电流.在较为适度的BOD物质浓度范围中,电流降低值和样品溶液中的BOD浓度为线性关系,并且BOD物质浓度也与BOD值具有定量关系,最终确定样品中含有的BOD值.
总之,在环境监测中运用生物传感技术,可极大提高分析效率,合理控制成本,对环境监测的诸多因素进行确定,同时也可支持自动化的在线监测和应急监测需求,将成为今后环境监测的必然发展方向,具有广泛的应用空间.