传感器在大气环境监测中应用解析

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1、传感器在大气环境监测中应用解析【摘要】大气环境关乎人类生活，空气质量水平决定生物健康。随着化石燃料使用的增加，工业生产排放产生的CO、C02、S02、碳氢化合物以及氮氧化物等威胁着全球大气。大气污染排放的有效控制是提高大气环境质量的有效办法，但这要以监测为前提。分析对象的原位、在线、选择性好、瞬时等监测目标可在传感器利用基础上得以实现。【关键词】传感器；大气环境监测；应用1传感器概述日常使用的传感器有化学传感器、物理传感器，物理传感器是指主要对监测对象的物理性质变化通过转化为电信号作出判断的装置，比

2、如磁电、极化、离化、光电等效应；化学传感器则是分析电化学反应、化学吸附可能发生的结果的传感器。化学传感器产生历史久远，主要有质量、光、电、热等化学传感器。从分析监测对象角度看，化学传感器包括离子选择性、免疫、微生物、酶等传感器。、传感器的组成可分为转化部分、分子识别元件。被测对象的识别靠分子识别机构，其可产生化学、物理变化，分子识别元件发挥效率如何影响传感器选择性。当被识别对象和识别元件触碰，会引起化学、熟、光等变化，电信号被直接诱导。2大气环境监测中的传感器应用2.1S02传感器酸雾、酸雨主要由S

3、02引起，传统监测比较繁杂，有学者研究出了新的监测技术。如Marty在醋酸纤维膜上固定亚细胞类脂类并与氧电极，得到安培型生物传感器，实现监测酸雾、酸雨溶液；马莉在醋酸纤维膜中固定肝微粒体（含有亚硫酸盐氧化酶）并和氧电极，得到的传感器可分析S02溶液，微粒可同时消耗氧与氧化亚硫酸盐，降低氧溶解的浓度,引起电流变动，侧面显示亚硫酸盐浓度。此传感器可快速响应，所需稳定值约在10分钟，结果准确性、重现性佳。若亚硫酸盐的浓度＜3.4mol/L,亚硫酸盐浓度与电流关系为线性，以0.6X10-4mol/L为检出限

4、，但使用环境温度为37乜,保存期2d,次数20次。2.2NOx传感器NO、N02为主要的氮氧化物污染，光化学烟雾中以N02为主要，反应强烈。矿物燃烧产生的N0约为0.1%〜0.5%,N02仅为少量，NO被稀释又转化为N02。硝化杆菌可对NOx做监测，能源为亚硝酸盐。在存在亚硝酸盐时，增强了硝化杆菌呼吸，降低了溶解氧的浓度，N02浓度即可测得。因硝化细菌能源狭窄，所以，有比较高的抗干扰性与选择性，压硝酸盐浓度可通过硝化细菌氧耗和氧电极电流关系得到。若0.59mol/L＞亚硝酸亚浓度，线性响应强烈，0.

5、01mol/L为检测限与标准偏差，得到4%的相对误差。Charlesp以固定化硝化细菌、多孔渗透膜与氧发生电极得到的传感器，可在亚硝酸盐检测含量的基础上侧面得到NOx浓度，以lX10-8mol/L为检出限。2.3C02传感器大气温室效应主要由C02造成，挥发性酸、离子会干扰电位传感器。Hiroaki通过氧电极与微生物得到的传感器可响应C02（浓度3%〜12%）,具有高灵敏度，可使用4周，实现在线分析的自动连续。也有学者在指示剂基础上研究得到光纤化学传感器，液芯波导管以TsflonAF为材料，检测器为

6、微型的CDD分光光度计，指示剂缓冲溶液为Na2C03与漠百里酚蓝。以C02的浓度为0〜194ppm,可得到±1.21ppm的监测精度，2分钟响应时间，该传感器耗能低、体积不大,可进行长期的现场自动监测。2.4氨传感器气体渗透膜、复合玻璃电极为传统电位传感器组成，是氨气体电极，胺类可在强碱性环境干扰监测结果。有学者利用硝化细菌为氨的能源，氧在呼吸作用下被消化。以两种硝化菌属与氧电极制作的安培型氨传感器和玻璃电极灵敏度有相似数量级，可监测O.llmg/L的浓度。以氨样品浓度33mg/L做实验，在经200

7、次、10d的分析后，有恒定的电流输出，选择性佳，不会对钙、钾、胺类或乙醇做相应，大气或废水氨都可监测。2.5甲烷传感器虽然甲烷为燃烧能源，若空气中存在5%〜14%的含量会出现爆炸。有学者以单基甲胞鞭毛虫对甲烷做研究，以甲烷为能源并氧消耗。在醋酸纤维膜上以琼脂将单基甲胞鞭毛虫固定，通过微生物反应器对甲烷做测定。氧电极两个、控制反应器、微生物固定化传感器为此微生物传感器组成，当固定化细菌池接收到甲烷，微生物将吸收甲烷并做氧消耗，降低溶解氧浓度，电流变弱。在固定化细菌与样品气中的氧与微生物的氧消耗均衡，下

8、降电流也会平衡，甲烷浓度影响电流稳定大小。若反应池接收到空气，传感器的初始状态恢复时间为1分钟，甲烷分析花费2分钟。若6.6mol/L＞甲烷浓度，甲烷浓度和电流差有线性联系，以13.lmol/L为检测浓度。此传感器可连续快速检测大气甲烷。传感器的分子识别元件多由生物材料组成，选择性好，无需预处理样品，可同时实现检测与分离，避免试剂的加入。因体积不大，在线连续检测成为可能。样品用量不多，相应迅速，固定化的敏感材料可多次使用。成本低，推广方便。但是，很难控制固定分子活性以