隨著我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和方案的實(shí)施，人類對(duì)環(huán)境質(zhì)量的重視和關(guān)注, 在實(shí)際的環(huán)境檢測(cè)過程中, 人們往往需要既可以方便攜帶, 又能夠?qū)崿F(xiàn)多種待測(cè)物持續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的分析設(shè)備和儀器。借助新型的傳感器技術(shù), 能夠滿足上述需求。?

傳感器技術(shù)一般主要包括兩部分: 能與待測(cè)物反應(yīng)的部分以及信號(hào)轉(zhuǎn)換器部分。后者的作用是將與待測(cè)物反應(yīng)后的變化轉(zhuǎn)換成可被儀器識(shí)別的電學(xué)或光學(xué)信號(hào)。?

根據(jù)檢測(cè)方法的不同, 傳感器可分為光學(xué)傳感器、 電化學(xué)傳感器等；根據(jù)反應(yīng)原理的不同, 傳感器可分為酶生物傳感器、免疫傳感器、化學(xué)傳感器; 根據(jù)檢測(cè)對(duì)象不同, 傳感器可以分為液體傳感器和氣體傳感器。?

大氣監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的傳感器

1、監(jiān)測(cè)氮氧化物的傳感器

氮氧化物是常見的大氣污染物，過多的氮氧化物也是光化學(xué)煙霧的罪魁，嚴(yán)重影響著人們的身心健康，甚至危及公眾的生命。氮氧化物的主要來源是化石礦物的燃燒，在光照的條件下形成嚴(yán)重危害環(huán)境的NO2。氮氧化物傳感器原理就是利用氧電極生成一種特定的消耗亞硝酸鹽的細(xì)菌，通過計(jì)算溶解氧濃度的變化來計(jì)算出氮氧化物的含量。

因?yàn)樯傻募?xì)菌是以硝酸鹽作為能源，而且只是以這種硝酸鹽作為能源，因此，在實(shí)際的應(yīng)用過程中具有唯一性不會(huì)因?yàn)槠渌镔|(zhì)的干擾而受到影響。國(guó)外一些研究學(xué)者利用膜的原理進(jìn)行了更加深入的研究，從而間接的測(cè)出了空氣中含量非常低的NO2的濃度。

2、硫酸鹽傳感器應(yīng)用

在進(jìn)行大氣監(jiān)測(cè)的過程中除了氮化物，硫化物同樣是嚴(yán)重影響人們生產(chǎn)生活的污染物。在氮氧化物中SO2，是酸雨以及酸霧形成的主要原因，而且傳統(tǒng)的方法雖然可以測(cè)出SO2的含量，但是方法復(fù)雜而且不夠準(zhǔn)確。

最近研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)特定傳感器能夠?qū)喠蛩猁}進(jìn)行氧化，在進(jìn)行氧化的過程中會(huì)消耗一部分的氧氣，這就會(huì)使電極溶解氧下降從而生成電流效應(yīng)。利用傳感器可以有效的得到亞硫酸鹽的含量值，不但速度快而且可靠度高。

3、二氧化碳傳感器的應(yīng)用

二氧化碳是形成溫室效應(yīng)的主要物質(zhì)，在進(jìn)行監(jiān)測(cè)二氧化碳的過程中采用傳統(tǒng)的方法會(huì)有不同離子以及揮發(fā)性酸的干擾，這樣就會(huì)嚴(yán)重影響監(jiān)測(cè)到的二氧化碳值。經(jīng)過幾年的科學(xué)發(fā)展，魯中明等人研究出了一種利用指示劑的方法來進(jìn)行監(jiān)測(cè)二氧化碳的指示劑，這樣的指示劑能夠?qū)?90ppm以下的二氧化碳濃度精確的測(cè)量出，而且此類傳感器的體積小而且耗能低。這種傳感器的應(yīng)用解決了在工程中長(zhǎng)期自動(dòng)監(jiān)測(cè)的問題，大大的提高了工作效率。

4、在其他類型氣體中的應(yīng)用

除了含量比較高的污染性其他外，一些常見的氣體：甲醛、甲烷、氨等等同樣是影響著人們的生活。但是由于這些氣體的含量比較低，而且這些氣體具有隱蔽性的特點(diǎn)，所以在實(shí)際的生活中往往不會(huì)受到人們的重視。祝艷濤等人通過對(duì)甲醛等氣體的研究綜合了一系列的研究現(xiàn)狀，分析到現(xiàn)有的甲醛傳感器存在的一系列問題，并且根據(jù)自己的實(shí)際研究預(yù)測(cè)了甲醛傳感器的發(fā)展趨勢(shì)；其他學(xué)者利用特定的細(xì)菌作為基質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣污染物進(jìn)行不問斷的監(jiān)測(cè)。

電化學(xué)傳感應(yīng)用

1、特點(diǎn)分析。

電化學(xué)傳感器受壓力變化影響較小，但傳感器內(nèi)的壓力差可能會(huì)損壞傳感器，因此保持壓力均衡是傳感器正常工作的前提；電化學(xué)傳感器對(duì)溫度較為敏感，溫度高于25℃時(shí)，讀數(shù)較高，而低于25℃時(shí)，讀數(shù)較低。電化學(xué)傳感器對(duì)待測(cè)樣品選擇性較強(qiáng)，傳感器類型、待測(cè)樣品濃度和目標(biāo)氣體都會(huì)影響選擇程度，選擇性高、可靠性好的檢測(cè)氧氣的傳感器，其他類型的則容易受到干擾。

2、測(cè)定原理。

電化學(xué)傳感器是利用與待測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng)，然后根據(jù)電信號(hào)與氣體濃度的比值關(guān)系測(cè)定氣體含量。典型的電化學(xué)傳感器主要元件包括透氣膜、電極、電解質(zhì)和過濾器。

3、電化學(xué)傳感器的應(yīng)用。

較為常見的有濕度傳感器、氧化氮傳感器、硫化物氣體傳感器等。傳統(tǒng)測(cè)定空氣濕度的儀器為濕球式溫度計(jì)、手搖式溫度計(jì)以及通風(fēng)式溫度計(jì)等，電化學(xué)傳感器測(cè)定濕度則更加靈敏。涂覆壓電石英晶體用傳感器是較為常用的濕度測(cè)定儀器，該儀器通過光合化學(xué)技術(shù)制成小型石英奪電晶體，然后將4種濕度敏感性較高的物質(zhì)涂在石英晶體上；晶體是振蕩電路中的共振器，其振動(dòng)頻率隨質(zhì)量的變化而改變，選擇不同的涂層，即可測(cè)定不同氣體的相對(duì)濕度。

二氧化硫是酸雨形成的主要原因，也是造成空氣污染的主要原因之一。因此，利用傳感器檢測(cè)二氧化硫，可降低檢測(cè)時(shí)間，提高檢測(cè)精度。檢測(cè)時(shí)，離子交換膜為固體聚合物，膜的一邊含對(duì)電極和參比電極的內(nèi)部電解液，另一邊插入鉑電極，組成二氧化硫傳感器。

生物傳感應(yīng)用

1、特點(diǎn)分析。

隨著生物技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，生物傳感技術(shù)也逐漸興起并得到了廣泛應(yīng)用。生物傳感器具有集成化、微型化和高度自動(dòng)化特點(diǎn)，能快速有效地對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行檢測(cè)，因此已經(jīng)在生物制藥、環(huán)境檢測(cè)、食品工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2、檢測(cè)原理。

生物傳感器是由分子識(shí)別單元和轉(zhuǎn)換器兩個(gè)部分組成，利用生物分子識(shí)別待測(cè)樣品，然后通過信號(hào)系統(tǒng)將生物分子所發(fā)生的物理或者化學(xué)變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，再利用分析系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析展示。

3、生物傳感器的應(yīng)用。

根據(jù)國(guó)外相關(guān)報(bào)道，生物傳感器相對(duì)于傳統(tǒng)的電化學(xué)傳感器來說具有一定優(yōu)勢(shì)，以有機(jī)磷和氨基甲酸酯農(nóng)藥的檢測(cè)為例，傳統(tǒng)檢測(cè)方法最小檢出量為400ng/kg，而利用固化了醛脫氫酶的酶?jìng)鞲衅骺纱蟠筇岣邫z測(cè)精度，檢出量最小值為9ng/kg。

將熒光細(xì)胞與中國(guó)大頰鼠的卵細(xì)胞重組的細(xì)胞序列可用于檢測(cè)環(huán)境中的有毒物質(zhì)，另外，科技的不斷發(fā)展，也推動(dòng)了生物傳感器的改進(jìn)，基于PCR技術(shù)和芯片技術(shù)的生物傳感芯片、各種生化分析儀器不斷被研發(fā)，方便攜帶、分析準(zhǔn)確快速已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，生物傳感技術(shù)在環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用將越加廣泛。

光纖傳感應(yīng)用

1、特點(diǎn)分析。

光纖傳感是基于光纖盒光纖通信技術(shù)發(fā)展起來的一門傳感技術(shù)，可用于大氣、水質(zhì)、生態(tài)保護(hù)中的檢測(cè)。該技術(shù)具有體積小、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，因此可在有毒、有害、易燃、易爆環(huán)境中應(yīng)用。光纖傳感器具有實(shí)時(shí)在線、分布式遙測(cè)使用的優(yōu)點(diǎn)，可滿足當(dāng)前環(huán)保市場(chǎng)對(duì)環(huán)境指標(biāo)快速、高效檢測(cè)的需求。

2、檢測(cè)原理。

光纖傳感器是利用待檢污染物與光相互作用，使光纖中光信號(hào)發(fā)生變化（或污染物與其他物質(zhì)作用，間接改變光纖信號(hào)特性），然后通過光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)其檢測(cè)，從而得到污染物的相關(guān)信息值。光纖傳感器一般由光源、光纖引線、敏感元件和信號(hào)檢測(cè)分析設(shè)備幾部分組成。

3、光纖傳感器應(yīng)用。

光纖pH傳感器可檢測(cè)水體pH值，其檢測(cè)原理是根據(jù)特定染色材料的pH值固定比色指示劑原理，將染色材料制成透光或反光薄膜，用光譜分析法即可測(cè)定水中的pH值。光纖離子傳感器將流動(dòng)注射分析法、激光激發(fā)熒光譜技術(shù)、光纖傳導(dǎo)技術(shù)以及CCD攝影技術(shù)等相結(jié)合，可對(duì)銅離子、鋅離子、鎘離子和鎳離子進(jìn)行快速檢測(cè)。光學(xué)濁度傳感器是利用激光在待測(cè)水樣中反射光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度的變化情況而測(cè)定水樣透明度下降狀況。我國(guó)在光纖傳感方面的研究相對(duì)較晚，不過數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)在這一領(lǐng)域取得了較為顯著的成果。如中科院山東分院研發(fā)的光纖瓦斯氣體傳感器及其在線檢測(cè)系統(tǒng)，可利用紅外吸收光譜法和光線技術(shù)對(duì)甲烷等易燃易爆氣體進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)。

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提升，環(huán)境問題已經(jīng)引起了全社會(huì)人們的廣泛關(guān)注。環(huán)境問題不僅關(guān)系到人類的健康生存，還會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生影響。環(huán)境檢測(cè)不僅可幫助我們了解現(xiàn)在的環(huán)境現(xiàn)狀，還能為我們治理環(huán)境問題，改善生存條件提供可靠的技術(shù)指導(dǎo)。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的推動(dòng)下，環(huán)境檢測(cè)技術(shù)和檢測(cè)設(shè)備也將不斷優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)快速、高效、環(huán)保、準(zhǔn)確的環(huán)境指標(biāo)檢測(cè)。?

審核編輯：黃飛

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