用于环境监测的生物传感技术分析

摘  要：通过生物传感技术，可将生物生化反应转变为可定量的物化信号，以该信号为依据即可监测生态环境中的化学物质。基于此，首先阐述了生物传感技术工作原理，从不同方面分析了生物传感技术在环境监测中的具体应用，旨在借助先进技术提高环境监测质量，为环境治理工作的开展奠定基础。

关键词：环境监测;生物传感技术;技术分析

引言：

环境监测与治理作为生态环境保护的重要工作而备受关注，其中环境监测结果是治理工作的依据，若监测不到位则无法切实了解环境问题，各类生物传感器装置具有高灵敏优势，可精准监测环境中的各类污染性物质，且可在线监测，效果优异，故生物传感技术在环境监测作业中表现出优异作用。

一、生物传感技术工作原理

在新时代发展期间，可持续发展战略持续推进，对于环境监测工作尤为关注，而在新时代背景下，可引入生物传感技术提高环境监测结果的精准性。生物传感技术由电子信号处理器、生物敏感元件、信号转换器构成，随着传感器技术的进步，生物传感技术现已具备在线监测、持续监测功能，可满足不同情形下的环境监测需求，更便于环境监测工作的开展，且在一定程度上拓宽了生物传感技术在环境监测工作中的应用范围。从本质分析生物传感技术的实现原理，其可通过转换器，将我特异性反应及生物敏感元件信号转变为易监测采集的信号，如电信号、光信号与声信号，以此间接得出生态环境中某项物质的信息数据，此时环境监测人员可直接分析传感器所得的物质信息数据分析生态环境情况。随着技术对革新技术，生物传感器出现不同类型，如声波传感器、电位型传感器、阻抗型传感器、安培型传感器，可用于监测不同类型的信号;考虑到环境监测的需求，还存在PH传感器、02传感器、CO2传感器、NH3传感器;从生物敏感元件角度来看，又可将传感器划分为DNA传感器、微生物传感器、免疫传感器。不同的生物传感器适用于不同场景，对于环境监测工作中的物质反映情况同样存在不同，因此为充分发挥出生物传感器技术的作用，提高环境监测准确性，用于正式监测环境参数前结合需求选择适宜的生物传感器类型。

二、生物传感技术在环境监测中的具体应用

（一）酚类物质监测

酚类物质能够对生态环境造成严重破壞，应用生物传感技术可便捷精准地监测出生态环境中的酚类物质含量。酚类物质监测工作主要依靠酶电极安培传感器得以实现，该传感器不受外部干扰因素影响，检出限较低，可良好监测出酚类物质信息数据。酶电极安培传感器通常运用酪氨酸酶、漆酶、过氧化物酶作为生物敏感材料，例如：酪氨酸酶能够使单酚物质转化为二酚，进一步将其转化为苯醌物质，而在电化学作用下，可将苯醌物质转换为易监测的邻苯二酚，通过上述过程可获得环境中苯酚物质的存在情况，以此完成酚类物质的监测工作。除酶电极安培传感器外，监测酚类物质时还可运用微生物膜电极生物传感器，该传感器由微生物膜、极谱型氧电极不够，当酚与氧同时进入生物传感器内的微生物膜时，酚将会被微生物同化，该过程消耗氧，以此可降低氧电极输出电流及氧速率，继而明确环境中的酚类物质浓度，并可通过酚浓度与氧降低值之间的线性关系对酚类物质进行持续监测。

（二）废水水质监测

废水水质监测是保障环境质量的有效措施，可通过水质监测了解水环境污染情况，为水环境治理工作的开展提供依据。传统废水水质监测工作需通过分离提取、分析富集的过程进行废水水质判断，环节复杂，且具有一定难度，而生物传感技术可降低废水水质监测难度，并可实现废水水质的在线实时监测。例如：借助细胞膜生物传感器监测水环境中的物质信息，捕捉生理效应信号，以此判断出废水各成分含量，此外，还可将自动装置安装至生物传感器结构上，用于提升生物传感器灵敏度及准确度，总体而言，生物传感器技术在地下水监测及工业废水处理工作中具有良好效果。

（三）生物需氧量监测

生化需氧量是评价水环境质量的关键指标，可通过生化需氧量了解水环境污染情况，并可明确废水生化降解性及处理效果。生化需氧量的传统监测方式为标准稀释，工序复杂，精准度略显不足，此时可运用BOD生物传感技术，在线实时监测水环境中的生化需氧量。在BOD生物传感技术实际应用时，需在生物传感器内添加无生物需氧量的溶液，该溶液需受氧饱和且持续恒温，待生物传感器能够持续输出稳态电流时添加水环境监测样品，此时样品中有机物将进入生物传感器生物膜结构，微生物发生代谢作用而消耗氧，继而可降低生物传感器时的输入电流。在适度生化需氧量浓度条件下，生物传感器的输入电流降低值与样品溶液内BOD呈现出线性关系，此时可通过观察分析该关系判断水环境的生化需氧量。

（四）多氯联苯及二噁英监测

多氯联苯是自然生态环境中常见的环境污染物，在化学工业产业中应用较多，若多氯联苯大量存在于自然生态环境内，将会危害人体健康，此时可运用DNA生物传感器或电化学生物传感器对环境中的多氯联苯进行监测。二噁英属于氯类物质，存在一定致癌性，属于环境污染物质，环境监测期间可运用SPR生物传感器检测出二噁英。

（五）硝酸盐及二氧化氮监测

生态环境中的硝酸盐属于污染性物质，其多见于加工食品、地下水、气态水、地表水内，人为排放的含氮废气在自然环境内转化为硝酸盐，继而对环境造成污染。监测硝酸盐时需运用小型生物传感器，将假单细胞菌置于小毛细管与电化学传感器内，硝酸盐内的氮待微生物固定后将转变为N20，小传感器负性银可将N20还原，继而直接线性表现出硝酸盐氮浓度[1]。环境中二氧化氮的监测可主要是对亚硝酸根的测定，同样依托于还原原理、还原电流得出环境中的二氧化氮含量，继而了解大气污染情况。

（六）其他毒性物质监测

毒性物质主要是借助Cellsens生物传感器进行监测，该传感器可监测出细菌的呼吸情况，此时可通过分析传感器电流得出该物质的毒性情况，污染物可对细菌呼吸活动产生影响，以此有效监测环境中的毒性物质[2]。生物传感器可用于监测环境中的二氯苯酚、酚类毒性物;有机磷传感器可监测农药毒性，有机磷能够抑制农药成分活性，通过成分活性变化情况即可了解农药浓度，相较于传统农药监测方法，生物传感技术提高了监测效率与质量，效果较好。

结束语：

综上所述，生物传感技术在环境监测工作中具有较强优势，物质信息数据采集精准，可便捷化监测生态环境中的酚类物质、废水水质、生物需氧量、多氯联苯、二噁英、硝酸盐、二氧化氮及其他毒性物质，一旦环境内出现异常现象即可快速得知，监测效果较好。

参考文献：

[1]宋国欣.现代生物技术在环境监测中的应用探究[J].科技风，2021（18）：125-126.

[2]李燕.水环境监测中生物监测技术的应用[J].节能与环保，2021（03）：92-93.

作者简介：

姜建华（1986年07月—），男，汉族，浙江衢州市，大专，助理工程师，研究方向：环境监测。