试谈传感环境监测中生物传感技术运用结论

论文导读：
摘要：随着经济的快速发展，人们的生活和工作理念发生了重大的变革。低碳经济理念逐步盛行，环境管理工作由此面临着更为严格的要求。环境现场数据的在线监测与分析成为当前环境监测部门所关注的重点。在传感技术逐步成熟的基础上，传统的取样——化验——数据采集方法以逐步被人工智能监测方法所取代，环境数据的监测收集效率和数据有效与精确度均有较大提升。而在环境监测中应用生物传感技术，能够使及时发现环境污染以及对环境问题进行监督的全过程得到有效简化，可以说，应用生物传感技术的环境监测方法将成为日后环境监测工的主流工作方法。
关键词：环境监测；生物传感技术；应用

生物传感技术在生物传感器的基础上得以实现，该技术利用生物传感器的高灵敏度对环境中不同类别的污染物浓度进行实时监测，且与传统监测方法相比具有诸多优点，例如监测工具体积较小，环境监测过程相对简单快捷，同时还能为原位在线监测提供支持，应用价值极为强大，发展空间极为广阔。笔者在文中浅谈了环境监测中的生物传感技术应用，希望有所指导和帮助。
1 生物传感技术原理概述
生物传感器是化学传感器中较为特殊的一类，它通过对生物感应元件的专一性加以利用，并和能够产生与待测物质浓度成比例的信号传导器相结合。其工作原理主要由待测物质与生物敏感元件两者之间相互作用所决定，在此种作用下，电子组分能够检出待测对象并将其转化为可测量的电子信号。当待测物质扩散并进入固定生化物敏感膜时，经过分子识别，继而发生生物学反应，有相应的物理或化学转换器将所得信息转化为可摘自：毕业论文www.7ctime.com
处理和可定量的电信号，由仪表对此信号作二次放大和输出，经电子计算机处理后，检测所产生信号的程序即为完成。基于此，待测物质的分类与浓度数值得以确定。
2 在监测废水水质过程中生物传感技术的应用
随着经济的快速发展，环境污染问题日益严重。而监测废水水质对于污水处理厂来说已成为一个普遍存在的难题。究其原因，首先是水环境中包含了各种各样的污染物，相互交融，具有极为复杂的成分，同时其含量具有明显的痕量特征，这就要求污水处理厂采取高效、合理的措施对污水成分进行提取、分离、富集和分析，而对其全过程实施在线监测往往具有一定的难度。随着近年来生物传感技术的不断发展和应用，废水水质生物处理过程的在线监测工作得到了有力支持，并且实现了自动化、智能化监控。例如将生物传感器应用到高级环境监测系统以后，可以对废水中所涉及的环境污染物进行检测，对于细胞膜生物传感器来说，其中的脂双层构造中包括有疏水区能够有效地选择系统所运输的各类物质，在此环境下细胞能够对相应的物质加以提取，其生理效应得到良好发挥，再行利用信号转换器对其进行测定。除此之外，还可选择各类自动装置来促进生物传感器使用性能的进一步发挥，使生物传感器的敏感度和重复检测水平得到有效提高。此类生物传感器对于工业废水处理过程以及地下水质量的监测均较为适用。
3 在监测二恶英和多氯联苯全过程中应用生物传感技术
在诸多环境污染物中，多氯联苯是其中较为常见的一种。多氯联苯在化学工业中已经得到了大规模的应用，特别是已成功应用于电容器和变压器的电介质中。多氯联苯具有高毒性，若在环境中含量过多，则会严重影响人类的生命健康。基于此，环境监测部门投入各类生物传感器，如具有电化学检测功能的生物传感器以及DNA生物传感器等等，以便对环境中多氯联苯的含量进行有效监测。在氯类物质中二恶英作为一种致癌物极大威胁着人类的生命健康，二恶英常产生于废弃物的燃烧以及杀虫剂、PVC材料的生产制作过程中。在传统的监测分析二恶英方法中，由于成本过高、监测过程过于繁琐等因素影响，二恶英检测工作效率难以开展和提高。而通过应用免疫测定技术，则可实现对二恶英的快捷简单的监测。而使用SPR生物传感器不仅能够对多氯联苯进行检测，还可同时对二恶英物质进行有效监测。
4 在监测酚类物质全过程中应用生物传感技术
在对环境造成的污染中，酚类化合物扮演了主要角色，其中以氯酚物质更为甚之。在对酚类化合物的环境监测中，应用酶电极安培传感器具有较少的干扰源但检出率较低的特征。随着近年来的发展，各种生物敏感材料成功应用于电化学传感器中，例如酪氨酸酶、苯酚羟化酶、漆酶、过氧化物酶等。例如酪氨论文导读：
酸酶能够对单酚类物质产生氧化作用，并生成二酚，同时在氧化效果下变成苯醌类物质，此时可使用电化学方法吸收苯醌类物质中的电子，进而将其还原为邻苯二酚。基于此，监测生成苯醌类物质的过程以及消耗氧气的过程能够对是否存在苯酚类物质做出精确判别。比如以麦芽糊精修饰为基础的酪氨酸酶碳糊电极生物传感器能够对苯酚加以有效测定，还可在氯苯酚以及邻甲酚等酚类物质刺激下产生响应。
除此之外，在对酚类物质进行测定的诸多方法中，微生物膜电极生物传感器以其良好的监测效果也得到较为广泛的应用。该传感器主要包括极谱型氧电极和微生物膜两个主要构成部分，当微生物膜内出现酚类物质和氧气时，微生物会同化酚类物质并耗费氧气，氧气进入氧电极中的速率由此发生一定程度的降低，输出电流也相应降低。
5 监测BOD过程中应用生物传感技术
在有机物对水环境的污染程度测评中，生物需氧量（BOD）是其中一项极为重要的指标。基于BOD还可评价废水水质的生化处理效果和生化降解性。目前BOD检测方法以标准稀释为主，但此种方法缺乏理想的重现效果，且检测过程过于复杂，不能良好地应用于现场检测。而BOD生物传感技术则可对BOD含量实现快速确定，特别是在监测水质状况的能够对在线应用提供支持。应用BOD生物传感技术原理为：将生物传感器置放于缓冲溶液（不含有BOD），保持溶液处于恒温状态并使其达到氧饱和，当传感器开始稳态电流输出后，可将样品加入，此时在生物传感器中有机物会发生扩散，进入生物膜。对于有机物质来说，微生物对其具有代谢作用，同时会产生一定的耗氧量，是传感器输入电流由此降低。BOD物质具有较为适度的浓度数值时，BOD在样品溶液中的浓度和电流降低幅度呈现为线性关系，而BOD数值与BOD浓度也具有定量关系，基于此，最终对BOD在样品中的数值含量进行确定。
6 监测阴离子表面活性剂过程中应用生物传感技术
阴离子表面活性剂如直链烷基苯磺酸钠(LAS)，可造成严重的水污染，在水面上产生不易消失的泡沫，并消耗溶解氧。用LAS降解菌和氧电极制成的生物传感器就可以检测阴离子表面活性剂，当阴离子表面活性剂浓度发生变化时，会影响LAS降解菌的呼吸作用，从而进一步影响溶解氧的变化，而对氧电极的电流变化进行测定，就可以间接测定溶液中测定阴离子表面活性剂的浓度。
7 监测硝酸盐过程中应用生物传感技术
硝酸盐是硝酸（HNO3）的酸根，它们作为环境污染物而广泛地存在于自然界中，尤其是在气态水、地表水和地下水中以及动植物体与食品内。环境中化肥施用、污水灌溉、垃圾粪便、工业含氮废弃物、燃料燃烧排放的含氮废气等在自然条件下，经降水淋溶分解后形成硝酸盐，流入河、湖并渗入地下，从而造成地表水和地下水的硝酸盐污染。L·H·Larsen等发展了测定硝酸盐的小型生物传感器。他们将一种假单细胞菌[Pseudmonassp]固定在小毛细管中，置于N2O小电化学传感器的前端。该固定化的微生物可将硝酸盐氮转化为N2O，随即N2O在小传感器的电负性的银表面还原。该传感器对0～400μmol/L的硝酸盐氮浓度呈线性响应。