用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的生物傳感技術(shù)分析

摘 ?要：通過(guò)生物傳感技術(shù)，可將生物生化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭啥康奈锘盘?hào)，以該信號(hào)為依據(jù)即可監(jiān)測(cè)生態(tài)環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)。基于此，首先闡述了生物傳感技術(shù)工作原理，從不同方面分析了生物傳感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用，旨在借助先進(jìn)技術(shù)提高環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量，為環(huán)境治理工作的開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測(cè);生物傳感技術(shù);技術(shù)分析

引言：

環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理作為生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要工作而備受關(guān)注，其中環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果是治理工作的依據(jù)，若監(jiān)測(cè)不到位則無(wú)法切實(shí)了解環(huán)境問(wèn)題，各類生物傳感器裝置具有高靈敏優(yōu)勢(shì)，可精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的各類污染性物質(zhì)，且可在線監(jiān)測(cè)，效果優(yōu)異，故生物傳感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)作業(yè)中表現(xiàn)出優(yōu)異作用。

一、生物傳感技術(shù)工作原理

在新時(shí)代發(fā)展期間，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略持續(xù)推進(jìn)，對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)工作尤為關(guān)注，而在新時(shí)代背景下，可引入生物傳感技術(shù)提高環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性。生物傳感技術(shù)由電子信號(hào)處理器、生物敏感元件、信號(hào)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步，生物傳感技術(shù)現(xiàn)已具備在線監(jiān)測(cè)、持續(xù)監(jiān)測(cè)功能，可滿足不同情形下的環(huán)境監(jiān)測(cè)需求，更便于環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展，且在一定程度上拓寬了生物傳感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用范圍。從本質(zhì)分析生物傳感技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理，其可通過(guò)轉(zhuǎn)換器，將我特異性反應(yīng)及生物敏感元件信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐妆O(jiān)測(cè)采集的信號(hào)，如電信號(hào)、光信號(hào)與聲信號(hào)，以此間接得出生態(tài)環(huán)境中某項(xiàng)物質(zhì)的信息數(shù)據(jù)，此時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)人員可直接分析傳感器所得的物質(zhì)信息數(shù)據(jù)分析生態(tài)環(huán)境情況。隨著技術(shù)對(duì)革新技術(shù)，生物傳感器出現(xiàn)不同類型，如聲波傳感器、電位型傳感器、阻抗型傳感器、安培型傳感器，可用于監(jiān)測(cè)不同類型的信號(hào);考慮到環(huán)境監(jiān)測(cè)的需求，還存在PH傳感器、02傳感器、CO2傳感器、NH3傳感器;從生物敏感元件角度來(lái)看，又可將傳感器劃分為DNA傳感器、微生物傳感器、免疫傳感器。不同的生物傳感器適用于不同場(chǎng)景，對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中的物質(zhì)反映情況同樣存在不同，因此為充分發(fā)揮出生物傳感器技術(shù)的作用，提高環(huán)境監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性，用于正式監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)前結(jié)合需求選擇適宜的生物傳感器類型。

二、生物傳感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用

（一）酚類物質(zhì)監(jiān)測(cè)

酚類物質(zhì)能夠?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，應(yīng)用生物傳感技術(shù)可便捷精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)出生態(tài)環(huán)境中的酚類物質(zhì)含量。酚類物質(zhì)監(jiān)測(cè)工作主要依靠酶電極安培傳感器得以實(shí)現(xiàn)，該傳感器不受外部干擾因素影響，檢出限較低，可良好監(jiān)測(cè)出酚類物質(zhì)信息數(shù)據(jù)。酶電極安培傳感器通常運(yùn)用酪氨酸酶、漆酶、過(guò)氧化物酶作為生物敏感材料，例如：酪氨酸酶能夠使單酚物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二酚，進(jìn)一步將其轉(zhuǎn)化為苯醌物質(zhì)，而在電化學(xué)作用下，可將苯醌物質(zhì)轉(zhuǎn)換為易監(jiān)測(cè)的鄰苯二酚，通過(guò)上述過(guò)程可獲得環(huán)境中苯酚物質(zhì)的存在情況，以此完成酚類物質(zhì)的監(jiān)測(cè)工作。除酶電極安培傳感器外，監(jiān)測(cè)酚類物質(zhì)時(shí)還可運(yùn)用微生物膜電極生物傳感器，該傳感器由微生物膜、極譜型氧電極不夠，當(dāng)酚與氧同時(shí)進(jìn)入生物傳感器內(nèi)的微生物膜時(shí)，酚將會(huì)被微生物同化，該過(guò)程消耗氧，以此可降低氧電極輸出電流及氧速率，繼而明確環(huán)境中的酚類物質(zhì)濃度，并可通過(guò)酚濃度與氧降低值之間的線性關(guān)系對(duì)酚類物質(zhì)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)。

（二）廢水水質(zhì)監(jiān)測(cè)

廢水水質(zhì)監(jiān)測(cè)是保障環(huán)境質(zhì)量的有效措施，可通過(guò)水質(zhì)監(jiān)測(cè)了解水環(huán)境污染情況，為水環(huán)境治理工作的開(kāi)展提供依據(jù)。傳統(tǒng)廢水水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作需通過(guò)分離提取、分析富集的過(guò)程進(jìn)行廢水水質(zhì)判斷，環(huán)節(jié)復(fù)雜，且具有一定難度，而生物傳感技術(shù)可降低廢水水質(zhì)監(jiān)測(cè)難度，并可實(shí)現(xiàn)廢水水質(zhì)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。例如：借助細(xì)胞膜生物傳感器監(jiān)測(cè)水環(huán)境中的物質(zhì)信息，捕捉生理效應(yīng)信號(hào)，以此判斷出廢水各成分含量，此外，還可將自動(dòng)裝置安裝至生物傳感器結(jié)構(gòu)上，用于提升生物傳感器靈敏度及準(zhǔn)確度，總體而言，生物傳感器技術(shù)在地下水監(jiān)測(cè)及工業(yè)廢水處理工作中具有良好效果。

（三）生物需氧量監(jiān)測(cè)

生化需氧量是評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，可通過(guò)生化需氧量了解水環(huán)境污染情況，并可明確廢水生化降解性及處理效果。生化需氧量的傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式為標(biāo)準(zhǔn)稀釋，工序復(fù)雜，精準(zhǔn)度略顯不足，此時(shí)可運(yùn)用BOD生物傳感技術(shù)，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水環(huán)境中的生化需氧量。在BOD生物傳感技術(shù)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需在生物傳感器內(nèi)添加無(wú)生物需氧量的溶液，該溶液需受氧飽和且持續(xù)恒溫，待生物傳感器能夠持續(xù)輸出穩(wěn)態(tài)電流時(shí)添加水環(huán)境監(jiān)測(cè)樣品，此時(shí)樣品中有機(jī)物將進(jìn)入生物傳感器生物膜結(jié)構(gòu)，微生物發(fā)生代謝作用而消耗氧，繼而可降低生物傳感器時(shí)的輸入電流。在適度生化需氧量濃度條件下，生物傳感器的輸入電流降低值與樣品溶液內(nèi)BOD呈現(xiàn)出線性關(guān)系，此時(shí)可通過(guò)觀察分析該關(guān)系判斷水環(huán)境的生化需氧量。

（四）多氯聯(lián)苯及二噁英監(jiān)測(cè)

多氯聯(lián)苯是自然生態(tài)環(huán)境中常見(jiàn)的環(huán)境污染物，在化學(xué)工業(yè)產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用較多，若多氯聯(lián)苯大量存在于自然生態(tài)環(huán)境內(nèi)，將會(huì)危害人體健康，此時(shí)可運(yùn)用DNA生物傳感器或電化學(xué)生物傳感器對(duì)環(huán)境中的多氯聯(lián)苯進(jìn)行監(jiān)測(cè)。二噁英屬于氯類物質(zhì)，存在一定致癌性，屬于環(huán)境污染物質(zhì)，環(huán)境監(jiān)測(cè)期間可運(yùn)用SPR生物傳感器檢測(cè)出二噁英。

（五）硝酸鹽及二氧化氮監(jiān)測(cè)

生態(tài)環(huán)境中的硝酸鹽屬于污染性物質(zhì)，其多見(jiàn)于加工食品、地下水、氣態(tài)水、地表水內(nèi)，人為排放的含氮廢氣在自然環(huán)境內(nèi)轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，繼而對(duì)環(huán)境造成污染。監(jiān)測(cè)硝酸鹽時(shí)需運(yùn)用小型生物傳感器，將假單細(xì)胞菌置于小毛細(xì)管與電化學(xué)傳感器內(nèi)，硝酸鹽內(nèi)的氮待微生物固定后將轉(zhuǎn)變?yōu)镹20，小傳感器負(fù)性銀可將N20還原，繼而直接線性表現(xiàn)出硝酸鹽氮濃度[1]。環(huán)境中二氧化氮的監(jiān)測(cè)可主要是對(duì)亞硝酸根的測(cè)定，同樣依托于還原原理、還原電流得出環(huán)境中的二氧化氮含量，繼而了解大氣污染情況。

（六）其他毒性物質(zhì)監(jiān)測(cè)

毒性物質(zhì)主要是借助Cellsens生物傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該傳感器可監(jiān)測(cè)出細(xì)菌的呼吸情況，此時(shí)可通過(guò)分析傳感器電流得出該物質(zhì)的毒性情況，污染物可對(duì)細(xì)菌呼吸活動(dòng)產(chǎn)生影響，以此有效監(jiān)測(cè)環(huán)境中的毒性物質(zhì)[2]。生物傳感器可用于監(jiān)測(cè)環(huán)境中的二氯苯酚、酚類毒性物;有機(jī)磷傳感器可監(jiān)測(cè)農(nóng)藥毒性，有機(jī)磷能夠抑制農(nóng)藥成分活性，通過(guò)成分活性變化情況即可了解農(nóng)藥濃度，相較于傳統(tǒng)農(nóng)藥監(jiān)測(cè)方法，生物傳感技術(shù)提高了監(jiān)測(cè)效率與質(zhì)量，效果較好。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，生物傳感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，物質(zhì)信息數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)，可便捷化監(jiān)測(cè)生態(tài)環(huán)境中的酚類物質(zhì)、廢水水質(zhì)、生物需氧量、多氯聯(lián)苯、二噁英、硝酸鹽、二氧化氮及其他毒性物質(zhì)，一旦環(huán)境內(nèi)出現(xiàn)異常現(xiàn)象即可快速得知，監(jiān)測(cè)效果較好。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋國(guó)欣.現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用探究[J].科技風(fēng)，2021（18）：125-126.

[2]李燕.水環(huán)境監(jiān)測(cè)中生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用[J].節(jié)能與環(huán)保，2021（03）：92-93.

作者簡(jiǎn)介：

姜建華（1986年07月—），男，漢族，浙江衢州市，大專，助理工程師，研究方向：環(huán)境監(jiān)測(cè)。