生物传感器在环境监测中及应用

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1、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）。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

2、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:Thebasicworkingprincipleofbiosensorbrieflywasintroduced

3、inthispaper.ThewaterenvironmentmonitoringbiosensordeterminingBOD,phenol,pesticideresiduesandNO3-,theatmosphericenvironmentalmonitoringbiosensordeterminingSO2andNOXandbiosensorsdeterminingheavymetalsinsoilweresummaried.Moreover,theotherenvironmentalmonitoringaspectapplicationsofb

4、iosensorssuchasdeterminingendocrinedisruptors,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

5、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→

6、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]6环境污染与防治网络版第7期2007年7月；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

7、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

8、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