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 关键字:生物传感器  水质分析监测  水质样品
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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