生物传感器在环境监测中的应用VIP专享VIP免费

环境污染与防治网络版第7期2007年7月生物传感器在环境监测中的应用*谢宇1尚晓娴杨莉（南昌航空工业学院环境与化学工程学院，江西南昌330063）摘要简要介绍了生物传感器的基本工作原理。综述了测定BOD、酚、农药残留和NO3-的水环境监测的生物传感器；测定SO2和NOX的大气环境监测的生物传感器；测定土壤重金属的生物传感器以及检测内分泌干扰物、持久性有机污染物和监测水体富营养化的其他环境监测方面的应用。并对生物传感器的未来发展方向做了展望。关键词生物传感器环境监测污染物ApplicationofbiosensorinenvironmentalmonitoringXieYu,ShangXiaoxian,YangLi.(CollegeofEnvironmentandChemistryEngineering,NanchangInstituteofAeronauticalTechnology，NanchangJiangxi330063)Abstract:Thebasicworkingprincipleofbiosensorbrieflywasintroducedinthispaper.ThewaterenvironmentmonitoringbiosensordeterminingBOD,phenol,pesticideresiduesandNO3-,theatmosphericenvironmentalmonitoringbiosensordeterminingSO2andNOXandbiosensorsdeterminingheavymetalsinsoilweresummaried.Moreover,theotherenvironmentalmonitoringaspectapplicationsofbiosensorssuchasdeterminingendocrinedisruptors,persistentorganicpollutantsandmonitoringeutrophicationwerealsointroduced.Atlast,thedevelopmentofbiosensorsinthefuturewasforecasted.Keywords:BiosensorEnvironmentalmonitoringPollutant随着各国经济的迅速发展，环境污染问题逐渐凸现出来，并成为制约经济快速发展的因素。因此，保护环境并实现可持续发展逐渐成为当今的热门话题。在环境监测中有许多生化指标需要简便、快速、自动化的测定，生物传感器因其满足了上述要求而在近十几年中得到了迅速发展[1，2]。国际理论和应用化学联合会（IUPAC）对生物传感器的定义为：1种由生物或者与生物相关的敏感元件和物理化学传感器（换能器）相结合构成的小型分析仪器。其中分子识别部分（敏感元件）用于识别被测目标，是可以引起某种物理变化或化学变化的主要功能元件，是生物传感器选择性测定的基础；信号转换部分（换能器）是将分子识别部分所引起的变化转换成电信号的功能部件[3]。生物传感器的工作原理如下：待测物→生物识别元件→信息→信号转换→电信号或光信号→信号放大信息处理→信号输出生物传感器的研究开端于20世纪60年代。1962年CLARK[4]报道了用葡萄糖氧化酶与氧电极组合检测葡萄糖的结果，可认为是最早提出了生物传感器（酶传感器）的原理。生物传感器按敏感元件的不同可分为酶传感器、微生物传感器、免疫传感器、DNA传感器等。按转换器转换对象的不同可分为pH转换器、O2转换器、CO2转换器、NH3转换器等[5]；按测量信号的不同又可分为电化学传感器、光学传感器、测热型传感器、半导体传感器等[6]。1用于水环境监测的生物传感器目前生活污水和工业废水的排放量不断增加，其中绝大部分污水经过生物法处理后排入水体，其各项指标的监测需要在实验室中进行。对于大多数污水处理厂来说，实现水质的1第一作者：谢宇，男，1975年生，博士，副教授，硕士生导师，研究方向为环境生物技术和生物传感器。*江西省自然科学基金资助项目（No.0620071）。1环境污染与防治网络版第7期2007年7月在线检测仍是一个难题。生物传感器的应用，使得废水的生物处理过程的在线检测成为可能。1.1BOD生物传感器普通的BOD传感器一般是将微生物夹膜固定在溶解氧探头上[7，8]，溶解氧随缓冲溶液进入到生物膜层，部分的溶解氧被微生物消耗。剩余的溶解氧通过可透气的Teflon膜而被氧电极所检测到。当样品溶液通过检测系统时，可降解的有机物通过多孔渗透膜渗透到微生物层而被微生物氧化、吸收，从而引起膜周围溶解氧的减少，导致了氧电极的电流下降。将测定的电流与标准曲线进行对比，可测定BOD。用于制作BOD生物传感器的微生物主要有酵母、假单胞菌、芽孢杆菌、发光菌和嗜热菌等。张悦等[9]研制的BOD测定仪采用聚乙烯醇凝胶包埋方式固定酵母，并将固定化酵母直接分散悬浮在溶液中，将BOD探头插入溶液中测量BOD，在0～200mg/L内有较好的线性测量关系，...