光谱学与光谱分析第23卷，第2期VoI.23，No.2，pp411-414SpectroscopyandSpectraIAnaIysis2003年4月ApriI，2003

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用于环境监测的生物传感技术

郑怀礼，龚迎昆

重庆大学化学化工学院，重庆

400044

摘要论文评述了用于水、大气及其他环境监测的生物传感技术，展望了生物传感技术和传感器的前景。

具体评述了水环境中BOD（生化需氧量）、酚、NO3-、有机磷盐的检测和赤潮的监测；大气环境中CO2，

SO2和NO!检测；残留有毒有害物、持久性有机污染物的检测，污染物毒性评价，细菌总数的测定等方面。主题词

环境监测；生物传感技术；生物传感器；评述

文献标识码：A

文章编号：1000-0593（2003）02-0411-04

［9］

最近报道的张悦等人研制的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

中图分类号：O644

最近十年，用于监测的生物传感技术得到了极大的发

［1~3］

展，其用途正在不断增长。生物传感技术已成为环境科

学工作者研究的热点。

生物传感器是一种将生物敏感元件与物理化学信号转换器及电子信号处理器相结合的仪器。其基本原理是将生物敏感元件发生的特异性反应及信号经由物理元件———转换器，转变为光、电、声等易检测信号，从而间接地获知待测物的

［4，5］有关信息。按生物敏感元件的不同，生物传感器可分为

溶液中，将DO探头插入溶液中来测量BOD。实验表明，最

佳测量状态为温度30C，pH5.0，固定化细胞15g，可在20 L-1的范min内实现BOD的快速测定。在BOD为0~200mg

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。1.2

测酚

微生物传感器是快速准确测定焦化、炼油、化工等企业废水中酚的方法。这种方法以微生物膜电极为传感器测

［10］酚。由极谱型氧电极和紧贴于其透气薄膜表面的微生物

酶传感器、微生物传感器、免疫传感器、DNA传感器

［6，7］

等。按转换器转换对象的不同，生物传感器又可分为pH［1］转换器、O2转换器、CO2转换器、NH3转换器等。按测量

信号的不同，可分为电位型传感器、安培型传感器、阻抗型传感器、声波传感器等。

本文将按环境分析和监测对象的不同进行评述和讨论。

膜构成。当酚物质与氧一起扩散进入微生物膜时，由于微生物对酚的同化作用而耗氧，致使进入氧电极的氧分子速率下降，传感器输出电流减小，并在几分钟内达到稳态。在一定的酚浓度范围内，电流降低值!"与酚浓度之间呈线性关系。由此来测定酚的浓度。该实验采用了PVA等多种材料混合

包埋的微生物制膜技术，制成的微生物膜机械强度、韧性及透气性好，膜的使用寿命可达1a以上。仪器的线性响应范围为0.1~20mg L-1。响应时间为5~10min，10次测定的相对偏差为3.3%。

［11］

另外，CataIinNistor等人提出了测荧光的竞争性流动［12］

免疫分析法检测4-硝基酚，Zhang等人提出了二相生物传

1用于水环境分析和监测的生物传感技术和

传感器

1.1

测BOD

［8］

国外普遍采用的BOD生物传感器，一般是将微生物

夹膜固定在溶解氧探头上，当样品溶液通过传感器检测系统时，渗透过多孔膜的有机物被固定化的微生物吸收，消耗氧，引起膜周围溶解氧减少，使氧电极电流随时间急剧减小。通过对电流的测定，与标准曲线对比来测定BOD值。不过这种方法装膜困难，而且溶解氧探头测量的不是反应液中真实的溶解氧含量，而是扩散通过生物膜的氧量。这样溶解氧电信号就减弱了3~6个数量级，这需要极其精确的溶解氧仪的支持。

收稿日期：2002-06-06，修订日期：2002-11-08

感系统检测溶液和有机介质中的酚。1.3

测NO3-［13］

。如果添加到食品如肉NO3-是一种主要的水污染物

［14］

中，对健康是极其有害的。有几篇报道已经提出了用测

量电流的生物传感装置来测NO3-，以不同的NO3-还原酶做

［15，［17］16］生物催化剂。Larsen等人发明了用假单细胞菌-

基金项目：重庆市应用基础研究基金项目（渝科委计：［1999］43号）和国家自然科学基金重点项目（59838300）作者简介：郑怀礼，1957年生，重庆大学化学化工学院教授，博士