試論傳感器技術(shù)在環(huán)境在線監(jiān)測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用

摘 要：傳感器在環(huán)境檢測(cè)方面可以分為氣體傳感器和液體傳感器，其中氣體傳感器的主要檢測(cè)對(duì)象為氮氧化合物、含硫氧化物；液體傳感器則以重金屬離子、農(nóng)藥、多環(huán)芳香烴類、生物來(lái)源類為檢測(cè)對(duì)象。綜述了近年來(lái)傳感器技術(shù)在環(huán)境檢測(cè)方面的應(yīng)用研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：氣體傳感器 液體傳感器 環(huán)境檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（b）-0-01

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的關(guān)注逐漸增多，在進(jìn)行環(huán)境檢測(cè)的過(guò)程中，對(duì)相關(guān)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備以及儀器的要求也不斷提高，不僅要求其具有攜帶方便的特點(diǎn)，還應(yīng)該具備對(duì)多種待測(cè)物進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)功能。而近幾年來(lái)人們開發(fā)應(yīng)用的新型傳感器技術(shù)已經(jīng)很好適應(yīng)了人們的

需求。

1 氣體傳感器的應(yīng)用研究情況

氣體傳感器能夠有效的監(jiān)測(cè)到大氣環(huán)境當(dāng)中存在的各種污染物，例如含硫氧化合物等；同時(shí)也能夠?qū)κ覂?nèi)空氣的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，特別是一些受到嚴(yán)重污染的房屋中，都可以利用傳感器技術(shù)來(lái)提高環(huán)境檢測(cè)

效率。

本文以氮氧化物（NOx）為例進(jìn)行闡述，一般該污染物質(zhì)都是產(chǎn)生于汽車所排放出來(lái)的尾氣，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)消費(fèi)水平有了明顯的提高，極大的促進(jìn)了汽車工業(yè)的發(fā)展，這就導(dǎo)致最近幾年以來(lái)汽車尾氣的排放量也在不斷的上升。而由于汽車尾氣含有大量的NO，在對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中可以直接使用金屬氧化物半導(dǎo)體。此外，目前在對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，酸雨是一個(gè)重點(diǎn)檢測(cè)項(xiàng)目，而酸雨的主要物質(zhì)為含硫氧化物，該物質(zhì)一般在大氣中的含量都不會(huì)超出1×10-6，所以在進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中對(duì)傳感器提出了更高的要求，確保其具有較高的靈敏度。

因此在實(shí)際檢測(cè)中，通過(guò)采用直徑在8～16 nm之間的納米顆粒，例如氧化鎢（WO3）、氧化錫（SnO2）以及氧化銦（In2O3）等，在對(duì)NO以及NO2進(jìn)行檢測(cè)時(shí)限度一般都在5×10-8以下，符合大氣檢測(cè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。因此，通過(guò)在傳感器中使用納米顆粒，能夠有效的增加反應(yīng)面積，提高傳感器的反應(yīng)靈敏度，而且該方法相對(duì)于常規(guī)使用的傳感器來(lái)說(shuō)，能夠有效降低工作溫度，在一定程度上還可以節(jié)約能源耗費(fèi)。

2 液體傳感器的應(yīng)用研究情況

在對(duì)水體環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一般都會(huì)使用液體傳感器。而在水環(huán)境當(dāng)中，污染物的種類具有復(fù)雜多樣的特點(diǎn)，所以相比于氣體傳感器來(lái)說(shuō)，液體傳感器的實(shí)用性更強(qiáng)，檢測(cè)效率相對(duì)更高一些。另外，水環(huán)境中存在的污染物不僅包括天然污染來(lái)源，很大一部分都是來(lái)自于人為因素造成的有機(jī)物以及無(wú)機(jī)物等。而常見的有機(jī)污染物主要有：激素類代謝物以及殺蟲劑等；無(wú)機(jī)物污染物中以重金屬離子為主。一旦以上污染物在水體中超標(biāo)，會(huì)直接影響到水環(huán)境中所有生物體的生存，甚至?xí)?duì)人類的生命健康造成不良

影響。

2.1 對(duì)無(wú)機(jī)物中的重金屬離子檢測(cè)時(shí)采取的方法

一般重金屬離子的產(chǎn)生主要是由于采礦、印刷等企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中排放出來(lái)的廢水引起的，因此重金屬離子的種類非常多，主要包括汞、鉻、以及錳、鉛等。生物體在水環(huán)境中如果攝取一定量的重金屬粒子，會(huì)不斷在體內(nèi)富集，導(dǎo)致生物體中毒甚至死亡。而在進(jìn)行重金屬離子處置的過(guò)程中，只能將其在形態(tài)上進(jìn)行改變，無(wú)法徹底將其造成的毒害完全根除。

在檢測(cè)的時(shí)候可以使用一種能夠自動(dòng)完成地下水樣抽取工作的傳感器，可以在分光光度計(jì)以及1，2-聯(lián)苯卡巴肼的作用下，有效對(duì)地下水重金屬鉻含量進(jìn)行檢測(cè)。

此外，在對(duì)重金屬離子進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，不僅可以采用化學(xué)方法，還可以利用生物來(lái)源分子。大腸桿菌體內(nèi)由于包含一種特殊的蛋白能夠有效的與鎳離子相結(jié)合，并淬滅熒光基團(tuán)，而一般情況下熒光強(qiáng)度和鎳離子的濃度是呈反比的，可以對(duì)鎳離子進(jìn)行定量檢測(cè)，具有較高的選擇性，而在發(fā)生交叉反應(yīng)時(shí)一般也只是在Cu2+、Co2+等離子當(dāng)中進(jìn)行，不過(guò)相對(duì)于這些離子來(lái)說(shuō)，傳感器對(duì)鎳離子的檢測(cè)信號(hào)要高出很多。

通過(guò)采用傳感器技術(shù)除了可以對(duì)待測(cè)物的濃度進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)還能夠通過(guò)偶聯(lián)實(shí)現(xiàn)對(duì)多項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)的目的。

2.2 對(duì)農(nóng)藥殘留物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)采取的

方法

農(nóng)藥雖然能夠在短時(shí)間內(nèi)抑制農(nóng)林病蟲害，但是使用過(guò)多會(huì)危害到人畜的危害。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，一般農(nóng)業(yè)的利用率只能達(dá)到10%，其余的都?xì)埩舻酵恋丨h(huán)境中，造成了嚴(yán)重的污染危害，在經(jīng)過(guò)食物鏈的作用之后逐漸將農(nóng)藥的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)移到人體內(nèi)，對(duì)人類健康產(chǎn)生了極大的威脅。

在對(duì)農(nóng)藥殘留物進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，可以使用電流計(jì)或者鈷-苯二甲藍(lán)染料，有效檢測(cè)出最低限度為50 μg/L的三嗪類除草劑，通過(guò)采用一定的方式對(duì)樣品進(jìn)行濃縮以后，檢測(cè)限度一般能夠上升到200 ng/L。

此外，在對(duì)殺蟲劑進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，可以采用紅外光譜傳感器，該傳感器由于帶有光釬，可以有效抑制信號(hào)的耗散作用，從而通過(guò)提取有機(jī)磷類殺蟲劑來(lái)完成光譜分析工作。

2.3 對(duì)多環(huán)芳香烴類化合物進(jìn)行檢測(cè)時(shí)采用的方法

多環(huán)芳香烴類物質(zhì)（PAH）屬于一種污染性較強(qiáng)并且能夠致癌的物質(zhì)，一般應(yīng)用于多種工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中。由于水體中多環(huán)芳香烴類物質(zhì)的含量一般在1×10-9的范圍以下，所以在檢測(cè)過(guò)程中需要采用具有較高靈敏度的傳感器，也就是現(xiàn)階段使用的光纖光學(xué)熒光傳感器。而在實(shí)際檢測(cè)程中由于待測(cè)物里含有一些干擾物質(zhì)，對(duì)檢測(cè)信號(hào)值造成了一定的影響，因此需要采用聚合物膜將該物質(zhì)富集起來(lái)進(jìn)行熒光檢測(cè)，有效的避免了對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的干擾。

3 結(jié)語(yǔ)

到目前為止，傳感器技術(shù)在各類型環(huán)境檢測(cè)部門中得到了廣泛的應(yīng)用，不過(guò)仍然存在一定的局限性，例如在對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，某些污染物的含量比傳感器的最低檢測(cè)限低很多，所以還需要進(jìn)一步對(duì)氣體進(jìn)行濃縮處理，避免其發(fā)生微型化。另外在進(jìn)行野外水體檢測(cè)時(shí)，待測(cè)水體中由于含有大量的干擾成分，很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)中的標(biāo)準(zhǔn)化水平，嚴(yán)重干擾到了實(shí)際檢測(cè)值；此外，一些傳感器的工作原理主要采用了膜分離分析技術(shù)，而由于受到膜的壽命的限制，需要頻繁的更換新膜，極大程度的增加了檢測(cè)費(fèi)用，在一定程度上限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。但是，從另一方面來(lái)說(shuō)，隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)一步完善，仍然有很大可能廣泛的應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)的排污現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的直接、動(dòng)態(tài)以及無(wú)人檢測(cè)的目的，確保檢測(cè)結(jié)果能夠和實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)條件下的檢測(cè)結(jié)果達(dá)到一致。

參考文獻(xiàn)

[1]趙為武，唐國(guó)林，張四奇.基于電化學(xué)技術(shù)重金屬離子檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展[J].裝備制造，2009（12）.

[2]萬(wàn)謙，肖國(guó)光，楊平華，等.基于碳納米管修飾電極的酶生物傳感器研究進(jìn)展[J].化工中間體，2009（12）.

[3]翟慧泉，金星龍，岳俊杰，等.重金屬快速檢測(cè)方法的研究進(jìn)展[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（8）.