傳感技術在環境檢測中的應用

曹華偉

摘 要：環境問題是影響人類生存和社會發展的重大問題，是全球人類普遍關注的問題。隨著科學技術的不斷進步，環境檢測技術和設備不斷更新，檢測效果得到了顯著提升。本文將對電化學傳感技術、生物傳感技術以及光纖傳感技術的應用進行簡要分析。

關鍵詞：傳感技術；環境檢測；電化學；生物；光纖

1 概述

環境問題是當今國際社會普遍關注的問題，為保護生態環境，實現經濟的可持續發展，環境檢測和治理成為當前的重要任務。隨著工業的不斷發展，環境問題日益惡化，水質污染、酸雨形成、霧霾等惡性事件不斷發生，極大的影響著人們的生存和生活。如何加強環境檢測，恢復生態平衡，為經濟穩步增長提供有利條件成為社會各界廣泛關注的問題。本文將以傳感技術為例，對其電化學、生物和光纖三種類型的傳感器特點、原理及應用進行分析。

2 傳感技術在環境檢測中的應用

隨著科學技術的不斷發展，對環境實施快速、實時檢測的需求日益緊迫，傳感技術由此得到廣泛發展和應用。依據檢測原理的不同，傳感技術可分為電化學傳感、生物傳感和光纖傳感。

2.1 電化學傳感應用

2.1.1 特點分析。電化學傳感器受壓力變化影響較小，但傳感器內的壓力差可能會損壞傳感器，因此保持壓力均衡是傳感器正常工作的前提；電化學傳感器對溫度較為敏感，溫度高于25℃時，讀數較高，而低于25℃時，讀數較低。電化學傳感器對待測樣品選擇性較強，傳感器類型、待測樣品濃度和目標氣體都會影響選擇程度，選擇性高、可靠性好的檢測氧氣的傳感器，其他類型的則容易受到干擾。

2.1.2 測定原理。電化學傳感器是利用與待測氣體發生反應，然后根據電信號與氣體濃度的比值關系測定氣體含量。典型的電化學傳感器主要元件包括透氣膜、電極、電解質和過濾器。

2.1.3 電化學傳感器的應用。較為常見的有濕度傳感器、氧化氮傳感器、硫化物氣體傳感器等。傳統測定空氣濕度的儀器為濕球式溫度計、手搖式溫度計以及通風式溫度計等，電化學傳感器測定濕度則更加靈敏。涂覆壓電石英晶體用傳感器是較為常用的濕度測定儀器，該儀器通過光合化學技術制成小型石英奪電晶體，然后將4種濕度敏感性較高的物質涂在石英晶體上；晶體是振蕩電路中的共振器，其振動頻率隨質量的變化而改變，選擇不同的涂層，即可測定不同氣體的相對濕度。

二氧化硫是酸雨形成的主要原因，也是造成空氣污染的主要原因之一。因此，利用傳感器檢測二氧化硫，可降低檢測時間，提高檢測精度。檢測時，離子交換膜為固體聚合物，膜的一邊含對電極和參比電極的內部電解液，另一邊插入鉑電極，組成二氧化硫傳感器。

2.2 生物傳感應用

2.2.1 特點分析。隨著生物技術和電子技術的不斷發展，生物傳感技術也逐漸興起并得到了廣泛應用。生物傳感器具有集成化、微型化和高度自動化特點，能快速有效地對待測樣品進行檢測，因此已經在生物制藥、環境檢測、食品工業等領域得到廣泛應用。

2.2.2 檢測原理。生物傳感器是由分子識別單元和轉換器兩個部分組成，利用生物分子識別待測樣品，然后通過信號系統將生物分子所發生的物理或者化學變化轉化為相應的電信號，再利用分析系統對檢測結果進行分析展示。

2.2.3 生物傳感器的應用。根據國外相關報道，生物傳感器相對于傳統的電化學傳感器來說具有一定優勢，以有機磷和氨基甲酸酯農藥的檢測為例，傳統檢測方法最小檢出量為400ng/kg，而利用固化了醛脫氫酶的酶傳感器可大大提高檢測精度，檢出量最小值為9ng/kg。

將熒光細胞與中國大頰鼠的卵細胞重組的細胞序列可用于檢測環境中的有毒物質，另外，科技的不斷發展，也推動了生物傳感器的改進，基于PCR技術和芯片技術的生物傳感芯片、各種生化分析儀器不斷被研發，方便攜帶、分析準確快速已經變為現實，生物傳感技術在環境檢測中的應用將越加廣泛。

2.3 光纖傳感應用

2.3.1 特點分析。光纖傳感是基于光纖盒光纖通信技術發展起來的一門傳感技術，可用于大氣、水質、生態保護中的檢測。該技術具有體積小、靈敏度高、抗干擾能力強、耐腐蝕等優點，因此可在有毒、有害、易燃、易爆環境中應用。光纖傳感器具有實時在線、分布式遙測使用的優點，可滿足當前環保市場對環境指標快速、高效檢測的需求。

2.3.2 檢測原理。光纖傳感器是利用待檢污染物與光相互作用，使光纖中光信號發生變化（或污染物與其他物質作用，間接改變光纖信號特性），然后通過光信號檢測系統實現對其檢測，從而得到污染物的相關信息值。光纖傳感器一般由光源、光纖引線、敏感元件和信號檢測分析設備幾部分組成。

2.3.3 光纖傳感器應用。光纖pH傳感器可檢測水體pH值，其檢測原理是根據特定染色材料的pH值固定比色指示劑原理，將染色材料制成透光或反光薄膜，用光譜分析法即可測定水中的pH值。光纖離子傳感器將流動注射分析法、激光激發熒光譜技術、光纖傳導技術以及CCD攝影技術等相結合，可對銅離子、鋅離子、鎘離子和鎳離子進行快速檢測。光學濁度傳感器是利用激光在待測水樣中反射光強度與入射光強度的變化情況而測定水樣透明度下降狀況。我國在光纖傳感方面的研究相對較晚，不過數十年的發展，已經在這一領域取得了較為顯著的成果。如中科院山東分院研發的光纖瓦斯氣體傳感器及其在線檢測系統，可利用紅外吸收光譜法和光線技術對甲烷等易燃易爆氣體進行準確檢測。

3 結語

隨著經濟的不斷發展和人們生活水平的不斷提升，環境問題已經引起了全社會人們的廣泛關注。環境問題不僅關系到人類的健康生存，還會對經濟發展產生影響。環境檢測不僅可幫助我們了解現在的環境現狀，還能為我們治理環境問題，改善生存條件提供可靠的技術指導。在科學技術不斷發展的推動下，環境檢測技術和檢測設備也將不斷優化，以實現快速、高效、環保、準確的環境指標檢測。

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