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生物传感器在环境监测中的应用(一)

发布时间:2013-12-02 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1145

    1.农药残留检测  

    不同酶传感器检测残留农药的机理是不同的。有些酶对残留物具有催化转化能力(如酪氨酸酶对酚类),有些残留物对酶活性有特异性抑制作用(如有机磷酸酯类对乙酰胆碱酯酶)或作为调节、辅助因子对酶活性进行改饰(如Mn2+、对辣根过氧化酶)。检测酶反应所产生的信号。可以间接测定残留物的含量。生物传感器中的酶往往使用固定化技术使其活性保持稳定,从而可重复使用。

    目前研究较多的是乙酰胆碱酯酶类传感器。有机磷和氨基甲酸酯类农药能与酶酯基的活性部位发生不可逆的健合从而抑制酶活性,酶反应产生的pH变化可由电位型生物传感器测出。从pH的变化值可测得农药的浓度。这类传感器可监测低至10-6、10-9水平的有机磷农药、饮水中包括敌敌畏、敌百虫在内的十几种农药。还有用Ache和胆碱氧化酶(ChOD)双酶系统制备的测定对氧磷和涕灭威的电流型H2O2传感器。

    国内研制出一种简易、快速测定水中有机磷农药的酶片和生色基片,用胆碱酯酶抑制水中的有机磷农药,监测时无需配制试剂和使用仪器,适用于现场监测。用片状一次性使用乙酰胆碱酯酶电极和单片机结合研制出的掌上型有机磷农药现场检测仪,可测定O.5~43.1μg/mL敌敌畏、O.1~15 μg/mL的对硫磷,仪器响应时间仅3 min。微生物传感器也可用于三嗪、麦绿隆、利谷隆腈、取代脲类及酚类除草剂残留物的检测。

    2.酸雨的监测

    将亚细胞类脂类一含亚硫酸盐氧化酶的肝微粒体固定在醋酸纤维膜上和氧电极制成安培型生物传感器,对SO2形成的酸雨酸雾样品溶液进行检测。在SO32-的浓度<3.4×10-4mol/L时,电流与SO32-浓度呈线性关系,检测限O.6×10-4 mol/L。但类脂质在37℃只能使用和保存2天。以噬硫杆菌和氧电极制作的生物传感器较稳定.它是将噬硫杆菌固定在两片硝化纤维薄膜之间,使微生物新陈代谢增加,溶解氧浓度下降,氧电极响应信号改变,从而测出亚硫酸物含量。

    3.BOD值的测定

    最早应用于BOD检测的传感器是微生物传感器。按作用原理不同,这类传感器大致分为两种类型:

    (1)燃料电池型BOD传感器

    将一种微生物固定在聚丙烯酰胺载体中制成微生物膜层,将其附着在铂黑镀层电极上。微生物消耗慕质产生的H2经铂催化成原子态氢,然后在铂电极上失去电子,电子通过导线流到碳阴极上,与从空气中吸附的氧作用。由于固定在电极中的全部细胞产生氢的积累,一开始便得到一高电流,之后放出的氢进行扩散,并逐步达到电极形成电流。电流达到所需时间取决于基质中可供微生物降解的物质浓度。该方法响应时间快,固定微生物细胞较稳定,电极有效时间可达一个月。

    (2)耗氧微生物BOD传感器

    主要由溶解氧电极和紧贴其透气膜表面的固定化微生物膜组成。当含有饱和溶解氧而不含BOD物质的水样(底液)进人流通池与微生物传感器接触时,由于微生物的呼吸活性一定,溶解氧分子通过微生物膜扩散进入氧电极的速率一定,微生物电极输出一个稳态电流。如果将BOD物质加到底液中,则有机物分子将与氧分子一起扩擞进入微生物膜。由于膜中的微生物对BOD物质的同化作用而耗氧,导致扩散进入氧电极表面的氧分子数目减少,使电极输出电流减少。并在几分钟内降至新的稳态值。电极输出电流的降低值与BOD物质的浓度呈线性关系,而BOD物质浓度又和BOD值之间有定量关系。

    微生物膜电极BOD测定仪经用标准BOD物质溶液校准后,可直接显示被测溶液的BOD值,并在20 min内完成一个水样的测定。该仪器适用于易降解废水BOD的监测。

    目前,还有采用耐渗透压的酵母菌、假单孢菌、芽孢菌、发光菌等作为敏感材料制成的BOD传感器。除了微生物传感器,还有测定BOD的光纤生物传感器,传感器几乎不受氯离子和重金属离子的影响。日本、美国、英国、德国等国已有商品化的生物传感器快速BOD测定仪。但价格昂贵,且性能不够稳定。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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