化学传感器及其在水质监测中的应用

中山大学学报论丛，２００５年第２５卷第２期

ＳＵＮＹＡＴＳＥＮＵＮＩｖＥＲｓｌＴｙＦＯＲＵＭ．Ｖ０１．２５Ｎｏ．２２００５

化学传感器及其在水质监测中的应用＋

何树华，张淑琼，余维亚

（涪陵师范学院化学系，重庆４０８００３）

摘要：该文简单介绍了化学传感器的概念、基本工作原理及其近年来在水质监测领域中的应用，并对其发展前景作了预测及展望。

关键词：化学传感器；水质监测；前景

中图分类号：０６—３文献标识码：Ａ文章编号：１００７—１７９２（２００５）０２．００３７．０３

一、引言

水体环境与人类的生活息息相关，水质的好坏严重影响着人的身体健康。对水体环境有毒物的分析方法中，标准方法还大多停留在光度法的基础上。这类方法的灵敏度普遍不高，并且操作繁琐，对于水样中的痕量污染物的测定，目前还无能为力。化学传感器作为一种灵敏度高、选择性好、操作简便、价格低廉的实验装置，近年来在水污染监测方面得到了迅速的发展和应用。本文主要介绍了应用化学传感器测定水中污染物含量的最新发展。

二、化学传感器的概念和分类

在现代测量和自动控制技术中，传感器的应用相当普遍。用于测定温度、湿度、压力、光照、位移等物理量的传感器，叫物理传感器。利用化学反应测定各种离子浓度的传感器，叫化学传感器。化学传感器在经历了近百年的发展后，已日趋完善和成熟，其信号转换也由最初的电信号拓展到光信号、热信号、质量信号等多个领域，从而构成了今天包括电化学传感器、光化学传感器、质量化学传感器及热化学传感器在内的化学传感器大家族。此外，根据分析检测对象的不同，化学传感器又可分为酶传感器、微生物传感器、免疫传感器、生物组织传感器、离子选择性电极等。而根据敏感膜制备的不同，还可分为晶体电极、ＰＶＣ膜传感器、液膜传感器、碳糊电极、化学修饰传感器等。

三、化学传感器的工作原理

化学传感器由分子识别原件（感受器）和转换部分（换能器）组成。分子识别部分用＊收稿日期：２００４—１２—０１

基金项目：涪陵师范学院科研基金资助项目（基金编号：ＦＬＳＹ２００４３９）作者简介：何树华（１９７１一），女，四川南江县人，涪陵师范学院化学系讲师。

来识别被测对象，它是可以引起某种物理或化学变化的主要功能部件。传感器的选择陛完全取决于分子识别元件功能的优劣。当分子识别元件与被识别物相接触，可以发生光变化、热变化、化学变化以及直接诱导电信号。前几种变化可以通过转换部分转变为电信号，然后利用电学测量方法进行检测和控制。

四、化学传感器在水污染监测中的应用

近几年来，以生物传感器为主流的化学传感器被越来越多地应用于水污染监测中。因篇幅所限，本文仅列举部分有代表性的文献报道。

常用的重要污染指标有氨、亚硝酸盐、硫化物、磷酸盐、致癌物质与致变物质、重金属离子、酚类化合物、表面活性剂等物质的浓度。目前已经研制出了多种测量各类污染物的化学传感器并已投入实际应用中了。

１．氨、硝酸盐、硫化物和磷酸盐浓度的测定

（１）检测硝酸盐、亚硝酸盐及氨氮等的传感器

利用对硝酸盐、亚硝ｉ酸盐及氨氮等敏感的细菌式电极制成的传感器，受其他离子干扰少，不需预处理，检测速度快，检测浓度范围大（４２—０．１ｍｇ／Ｌ），电极可连续使用，来监测水质中的硝酸盐、亚硝酸盐及氨氮。

（２）硫化物传感器

用硫杆菌和氧电极制作出的微生物传感器，可检测出造成酸雨的ＮＯＸ和Ｓ０２这类化合物浓度。在ｐＨ＝２．５、３１℃时一周测量２００余次，活性保持不变，两周后活性降低２０％。传感器寿命为７天，其设备简单，成本低，操作方便。目前还有用一种光微生物电极测硫化物含量，所用细菌是Ｃｈｒｏｍａｔｉｕｍ．ＳＰ，与氢电极连接构成。

（３）磷酸盐传感器

一种新发展起来的磷酸盐生物传感器，使用丙酮酸氧化酶Ｇ，与自动系统ＣＬ—ＦＩＡ台式电脑结合，可以检测（３２９６）×１０—９ｔｏｏｌ的磷酸盐，在２５。ｃ下可以使用两周以上，重复性高。

２．重金属离子的浓度测定

污水中重金属离子浓度的测定也是不容忽视的。目前人们已经成功设计了一个完整的重金属离子的生物有效性测定的监测和分析系统。它是以固定化微生物和生物体发光测量技术为基础的。将弧菌属细菌（ｖｉｂｒｉｏｆｉｓｃｈｅｒｉ）体内的一个操纵子在一个铜诱导启动子的控制下导入产碱杆菌属细菌（ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓｅｕｔｒｏｐｈｕｓ，ＡＥ１２３９）中，可使细菌在铜离子的诱导下发光，发光强度与离子浓度成比例将微生物和光纤一起包埋在聚合物基质中，可以获得灵敏度高、选择性好、测量范围广、储藏稳定性强的生物传感器。目前，这种微生物传感器可以达到的最低测量浓度为ｌｎＭ。

具有一ｓＨ催化基团的氧化酶传感器，可以测定重金属如Ｈ９２＋和Ａｇ＋的浓度，大肠杆菌也可用来检测重金属。现在已经将荧光素酶导人大肠杆菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）中，制成微生物传感器，用来检测砷的有毒化合物。

３．其他有毒污染物的浓度测定

（１）检测酚类化合物的传感器

煤油、煤气洗涤、炼焦、造纸、合成氨、木材防腐和化工等废水中含有酚类化合物，３８

用酶电极安培传感器可检测之。这种传感器结构简单，能防止高分子产物在电极表面的积累，噪音低，背景电流小，大大降低了检测限，干扰反应少，与全自动流动注射分析或液相色谱系统联用，能检测复杂的环境样品，准确度高，检测限可低于ｔｚｇ／Ｌ水平。检测苯酚的酶有苯酚氧化酶（含铜蛋白质）和黄素蛋白苯酚２一单氧合酶。酶促反应过程需要氧气，所以酶促反应速度可以直接用于Ｃｌａｒｋ型氧传感器进行监测。

（２）测定农药残留的传感器

将固定化酶即乙酰胆碱酯酶（ＡｃｈＥ）、酪氨酸酶等与铂电极连接，作为换能器。农药（对氮磷等）对酶会产生抑制作用，可检测有机磷杀虫剂的残留量。细菌发光传感器可检测污染物的急性毒性。利用向光性生物如真核藻类制成的生物传感器可检测ＰＳ类除草剂。

（３）测定阴离子表面活性剂传感器

生活污水中烷基苯磺酸（ＬＡＳ）这类阴离子表面活性剂较多，其自然降解性差、在水面产生不易消失的泡沫，改变污水处理装置中活性污泥的微生物生态系统。用ＬＡｓ降解细菌制成的生物传感器，利用当阴离子表面活性剂存在时，ＬＡＳ降解菌的呼吸作用增强，引起溶解氧变化，从而氧电极电流变化的原理来测定ＬＡＳ浓度。

五、讨论与展望

在二十一世纪里，人们已经越来越多地重视到生存环境的重要性，生物传感器因具有快速、在线、连续检测的优点，适应现代环境监测的需要而得到了很快的发展，广泛的应用。但目前，生物传感器的广泛应用仍面临着许多困难，如生物响应稳定性、传感器的使用寿命、选择性、小型化等都还需要研究和完善。随着新型生物材料的合成，基因工程技术的引入，半导体技术以及压电晶体技术等的应用和发展，生物传感器的研究正在走向成熟，可以预见，在不久的将来，生物传感器必将在环境监测领域大放异彩。

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（责任编辑畅名）３９

化学传感器及其在水质监测中的应用

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被引用次数：何树华， 张淑琼， 余维亚涪陵师范学院,化学系,重庆,408003中山大学学报论丛SUN YATSEN UNIVERSITY FORUM2005,25(2)2次

参考文献(9条)

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1. 生物传感器[期刊论文]-中国水利2007(22)

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引证文献(2条)

1.周娜.祝艳涛 传感器在水质监测中的应用探讨[期刊论文]-环境科学导刊 2009(z1)

2.王伟平.杨水金 多金属氧酸盐的电催化及其在传感器中的应用[期刊论文]-化工中间体 2009(8)

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