生物传感器在水质分析监测中的应用

2013-05-08 10:47:36来源: 21IC
生物传感器是由固定化并具有化学分子识别功能的生物材料、换能器件及信号放大装置构成的分析工具或系统。

1 生物传感器基本原理

1.1 反应基础

生物传感器反应基础基于常见的四类生物反应:即酶促反应、免疫学反应、微生物反应和生物反应中伴随着发生的物理量变化。

1.2 工作原理

生物传感器的组成见图1。生物传感器选择性的好坏完全取决于它的分子识别元件,而其他性能则和它的整体组成有关。生物反应过程产生的信息是多元化的,选择不同的转换器对信息进行转换对生物传感器的设计十分重要,常见的生物传感器的基础转换器有电化学式、光学式等。

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2 生物传感器在水监测中的应用

应用于水质监控的生物传感器所使用的分子识别元件主要有酶、微生物、细胞器。在水质监控中的主要应用有BOD、细菌总数、硫化物、有机农药、酚和水体富氧的测定等。

2.1 用于监测BOD的生物传感器

BOD是衡量水体有机污染程度的重要指标。测定BOD的传统标准稀释法所需时间长、操作繁琐、准确度差。BOD传感器不仅能满足实际监测的要求,并且有快速、灵敏的特点。BOD传感器的工作原理〔,〕:以微生物的单一菌种或混合种群作为BOD微生物电极,由于水体中BOD物质的加人或降解代谢的发生,导致水中的微生物内外源呼吸方式的变化或转化,藕联着电流强弱信号的改变,一定条件下传感器输出的电流值与BOD的浓度呈线性关系。用于制作BOD生物传感器的微生物主要有酵母、假单胞菌、芽抱杆菌、发光菌和嗜热菌等。

张悦等研制的BOD测定仪采用聚乙烯醇凝胶包埋方式固定酵母,并将固定化酵母直接分散悬浮在溶液中,将DO探头插人溶液中测量BOD,实验表明,最佳测量条件为温度30‘C,pH 5.0、固定化细胞15g,可在20 min内实现BOD的快速测定。在BOD为。- 200 mg/L的范围内有较好的线性测量关系,且有较好的准确性。但离实际应用还有相当距离,需做进一步的研究。

国外,两种新的酵母菌种SPT1和SPT2被分离出来并且被固定在玻璃碳极上,以构成用于测量BOD的微生物传感器。其误差为土10%。将该传感器用于测量纸浆厂污水中BOD浓度,其最小值可达到2m g/L,所用的时间仅为5m in(3) 。

2.2 用于快速测定细菌总数的生物传感器

细菌总数是水质样品中的重要污染指标之一。目前普遍采用平板菌落记数法,测定周期长,准确度不高,主观误差大。生物传感器的快速测定引起了人们极大的兴趣。韩树波等(4)研制成功一种新的伏安型细菌总数生物传感器(见图2),通过对电极及其辅助测定装置的设计,可使测定下限达3x104 cells,测定周期在0.5 h左右。用菌悬液抽滤制成细菌阻留膜,立即把此膜附着在无菌罩中的修饰电极上,用滤膜定位装置将电极及起滤膜固定于弹性电解池底部,记录伏安扫描曲线,所得峰电流值与相应样品的校正工作曲线相对照,计算细菌总数。大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、啤酒酵母菌的线性响应范围依次是2x 104一4.8x107,2x104一4.60x 1 07,3x 1 04一9.16x107, 2 x 104一9.60x 107,2x 104一9.60x 107 cells。
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关键字:生物传感器  水质分析监测  水质样品

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0508/article_7291.html
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