探討大氣環境監測中傳感器的應用

蔡寶雄　王利榮　周雅華

摘要：在人們不斷追求安逸環境的過程中，環保理念在人群中也逐漸的得到了提高。尤其是對于生活中必不可少的大氣有著更高的追求。在大氣監測的過程中，傳感器是十分重要的一個監測手段，它能夠對大氣檢測提供實時的理論支持，將反饋的信息進行整合與治理將有效的提高大氣的治理水平。本文將主要分析大氣監測過程中傳感器的分類以及如何運轉等方面進行詳細的闡述，并對其在應用過程中特定的局限性進行總結，希望為以后的大氣監測和治理提供一定的理論上的支持。

關鍵詞：傳感器；監測；大氣；環境

中圖分類號X8 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0046-02

人類的生產生活都離不開大氣，所以說大氣環境的好壞直接影響著生活的質量。在21世紀的今天，工業、交通運輸發展迅速，特別是化石燃料的應用過程中粉塵以及氮氧化物和硫氧化物的肆無忌憚的排放對環境質量造成了很大的危害。在出行甚至日常生活中，也不得不佩戴厚厚的口罩，呼吸病比例呈現線性的增長。因此，如何用最新的技術去控制大氣中的污染物的含量，還大家綠水青山是現在領導者首要考慮的問題。在進行控制污染物的過程中對污染物進行有效的監測是非常重要的，因為只有通過檢測手段了解污染物的成分以及含量才可以采取特定的治理手段和方法，從而可以高效的提高環境治理效率。雖然現在監測手段不斷的進步，傳感器不僅可以實現在線監測而且還可以實現實時監測，正是因為這些優點使得傳感器在監測過程中占據著重要的地位。

1.傳感器的定義和工作原理

1.1傳感器的定義以及類型

傳感器分為物理和化學兩種類型，是能夠將特定的化學或者物理量轉化為電信號的電能元件。高速的經濟發展已經使得傳感器變得非常完善，信號的轉換也由原來的電信號延伸到各個領域，從而形成了一個很大的傳感器體系。另外，根據性質的不同，傳感器還可以分為不同的類型。其中免疫傳感器和離子選擇電極就是根據檢測對象的不同而進行分類整理的。

1.2傳感器的應用原理

傳感器的組成主要包括2部分：其中第一個就是識別檢測對象的分子識別系統，此系統也是實現物理化學轉化為電信號的主要零件部分，它直接影響著傳感器的選擇質量。轉換部分就是將產生的物理以及化學等變化轉化為可以分析的電信號，從而可以利用電化學的手段對電信號進行收集以及整理，進行實時監測，最終對后續的治理提供良好的理論支撐。

2.大氣監測應用中的傳感器

2.1監測氮氧化物的傳感器

氮氧化物是常見的大氣污染物，過多的氮氧化物也是光化學煙霧的罪魁，嚴重影響著人們的身心健康，甚至危及公眾的生命。氮氧化物的主要來源是化石礦物的燃燒，在光照的條件下形成嚴重危害環境的NO2。氮氧化物傳感器原理就是利用氧電極生成一種特定的消耗亞硝酸鹽的細菌，通過計算溶解氧濃度的變化來計算出氮氧化物的含量。

因為生成的細菌是以硝酸鹽作為能源，而且只是以這種硝酸鹽作為能源，因此，在實際的應用過程中具有唯一性不會因為其他物質的干擾而受到影響。國外一些研究學者利用膜的原理進行了更加深入的研究，從而間接的測出了空氣中含量非常低的NO2的濃度。

2.2硫酸鹽傳感器應用

在進行大氣監測的過程中除了氮化物，硫化物同樣是嚴重影響人們生產生活的污染物。在氮氧化物中SO2，是酸雨以及酸霧形成的主要原因，而且傳統的方法雖然可以測出SO2的含量，但是方法復雜而且不夠準確。

最近研究學者發現特定傳感器能夠將亞硫酸鹽進行氧化，在進行氧化的過程中會消耗一部分的氧氣，這就會使電極溶解氧下降從而生成電流效應。利用傳感器可以有效的得到亞硫酸鹽的含量值，不但速度快而且可靠度高。

2.3二氧化碳傳感器的應用

二氧化碳是形成溫室效應的主要物質，在進行監測二氧化碳的過程中采用傳統的方法會有不同離子以及揮發性酸的干擾，這樣就會嚴重影響監測到的二氧化碳值。經過幾年的科學發展，魯中明等人研究出了一種利用指示劑的方法來進行監測二氧化碳的指示劑，這樣的指示劑能夠將190ppm以下的二氧化碳濃度精確的測量出，而且此類傳感器的體積小而且耗能低。這種傳感器的應用解決了在工程中長期自動監測的問題，大大的提高了工作效率。

2.4在其他類型氣體中的應用

除了含量比較高的污染性其他外，一些常見的氣體：甲醛、甲烷、氨等等同樣是影響著人們的生活。但是由于這些氣體的含量比較低，而且這些氣體具有隱蔽性的特點，所以在實際的生活中往往不會受到人們的重視。祝艷濤等人通過對甲醛等氣體的研究綜合了一系列的研究現狀，分析到現有的甲醛傳感器存在的一系列問題，并且根據自己的實際研究預測了甲醛傳感器的發展趨勢；其他學者利用特定的細菌作為基質，可以實現對大氣污染物進行不問斷的監測。

3.傳感器的特點以及它的局限性

傳感器主要有以下幾個特點：1）傳感器的組成材料是生物性較好且具有選擇性的分子，一般不需要預處理過程，材料的組成檢測與分離可以同時進行，在測定時，不需要添加其他的物質；2）傳感器的體積小，占地面積小，可以在線連續監測，能夠實現對大氣的實時監測；3）傳感器的反應速度快，響應靈敏迅速，所需樣品量少，其材料敏感，且固定化。因此可重復利用這種材料；4）傳感器價格相對便宜，便于推廣使用。其成本遠遠低于大型的分析儀器，在一些小公司的承受范圍內。

傳感器具有上述的優點，但是還存在著一些局限性。1）雖然傳感器應用廣泛，但是在實際的應用中，還存在著很多問題。主要的局限性是關于傳感器的組成分子，傳感器的敏感膜上的分子固定量和固定分子的活性難以掌控。這樣就不能提供可靠的數據，測量的結果一致性較差，測量的精密度降低，傳感器的組成分子的活性受多種因素影響，例如溫度、pH值、污染程度等。這些影響因素都會降低傳感器的使用壽命。另外，生物膜的制備過程復雜、成本高、成功性小，不能實現批量生產；2）測量大氣環境時，對周圍的環境要求嚴格，但是傳感器的抗干擾能力不強，因此，需要開發抗干擾能力強的傳感器。

4.傳感器在大氣監測方面的應用前景

隨著社會對環境意識的提高，環境保護在人們心中占有的位置越來越高，促進了環保事業的發展。傳感器應用在大氣監測方面的研究越來越多，傳感器的應用局限也得到了部分改善。要想提高傳感器在大氣監測中的應用范圍，必須克服傳感器自身的缺點。主要是提高傳感器的準確性和靈敏度，操作簡單易行，能夠批量生產生物膜等。要想在市場上占有一席之地，就要從傳感器質量以及價格上著手。如果傳感器的成本低，操作簡單，易于控制，監測簡便，那么它在市場上一定是具有較大優勢的。傳感器以其獨特的優點，必將在大氣監測領域發揮出重大作用，在分析大氣環境方面得到廣泛的應用與發展。

5.結論

在進行大氣監測的過程中，利用傳感器作為研究與分析手段不但操作簡單而且準確性高，最重要的是相比于傳統的分析方法，該方法具有靈敏度高的特點，可以對空氣中微量的氣體進行監測，這就為大氣環境的綜合評估提供很大的數據支撐。但是任何東西都有不足之處，在使用傳感器的過程中發現傳感器的運行可靠性較差而且一般的傳感器使用年限很短，長時間的使用就會使氣體的抗干擾能力減弱，這些問題都需要研究者不斷的進行修繕，只有這樣才可以充分發揮傳感器在環境監測中的作用。