传感器技术在环境在线监测中的实际应用

试论传感器技术在环境在线监测中的实际应用

摘要：传感器在环境检测方面可以分为气体传感器和液体传感器，其中气体传感器的主要检测对象为氮氧化合物、含硫氧化物；液体传感器则以重金属离子、农药、多环芳香烃类、生物来源类为检测对象。综述了近年来传感器技术在环境检测方面的应用研究进展。

关键词：气体传感器液体传感器环境检测

中图分类号：tp212 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2013）03（b）-0-01

随着社会经济的不断发展，人们对环境质量的关注逐渐增多，在进行环境检测的过程中，对相关环境监测设备以及仪器的要求也不断提高，不仅要求其具有携带方便的特点，还应该具备对多种待测物进行长时间的动态监测功能。而近几年来人们开发应用的新型传感器技术已经很好适应了人们的

需求。

1 气体传感器的应用研究情况

气体传感器能够有效的监测到大气环境当中存在的各种污染物，例如含硫氧化合物等；同时也能够对室内空气的质量进行检测，特别是一些受到严重污染的房屋中，都可以利用传感器技术来提高环境检测

效率。

本文以氮氧化物（nox）为例进行阐述，一般该污染物质都是产

生于汽车所排放出来的尾气，随着我国国民经济的不断发展，国内消费水平有了明显的提高，极大的促进了汽车工业的发展，这就导致最近几年以来汽车尾气的排放量也在不断的上升。而由于汽车尾气含有大量的no，在对该物质进行检测的过程中可以直接使用金属氧化物半导体。此外，目前在对大气环境进行检测时，酸雨是一个重点检测项目，而酸雨的主要物质为含硫氧化物，该物质一般在大气中的含量都不会超出1×10-6，所以在进行检测的过程中对传感器提出了更高的要求，确保其具有较高的灵敏度。

因此在实际检测中，通过采用直径在8～16 nm之间的纳米颗粒，例如氧化钨（wo3）、氧化锡（sno2）以及氧化铟（in2o3）等，在对no以及no2进行检测时限度一般都在5×10-8以下，符合大气检测的相关标准。因此，通过在传感器中使用纳米颗粒，能够有效的增加反应面积，提高传感器的反应灵敏度，而且该方法相对于常规使用的传感器来说，能够有效降低工作温度，在一定程度上还可以节约能源耗费。

2 液体传感器的应用研究情况

在对水体环境进行检测时，一般都会使用液体传感器。而在水环境当中，污染物的种类具有复杂多样的特点，所以相比于气体传感器来说，液体传感器的实用性更强，检测效率相对更高一些。另外，水环境中存在的污染物不仅包括天然污染来源，很大一部分都是来自于人为因素造成的有机物以及无机物等。而常见的有机污染物主要有：激素类代谢物以及杀虫剂等；无机物污染物中以重金属离子

为主。一旦以上污染物在水体中超标，会直接影响到水环境中所有生物体的生存，甚至会对人类的生命健康造成不良

影响。

2.1 对无机物中的重金属离子检测时采取的方法

一般重金属离子的产生主要是由于采矿、印刷等企业在生产过程中排放出来的废水引起的，因此重金属离子的种类非常多，主要包括汞、铬、以及锰、铅等。生物体在水环境中如果摄取一定量的重金属粒子，会不断在体内富集，导致生物体中毒甚至死亡。而在进行重金属离子处置的过程中，只能将其在形态上进行改变，无法彻底将其造成的毒害完全根除。

在检测的时候可以使用一种能够自动完成地下水样抽取工作的传感器，可以在分光光度计以及1，2-联苯卡巴肼的作用下，有效对地下水重金属铬含量进行检测。

此外，在对重金属离子进行检测时，不仅可以采用化学方法，还可以利用生物来源分子。大肠杆菌体内由于包含一种特殊的蛋白能够有效的与镍离子相结合，并淬灭荧光基团，而一般情况下荧光强度和镍离子的浓度是呈反比的，可以对镍离子进行定量检测，具有较高的选择性，而在发生交叉反应时一般也只是在cu2+、co2+等离子当中进行，不过相对于这些离子来说，传感器对镍离子的检测信号要高出很多。

通过采用传感器技术除了可以对待测物的浓度进行检测，同时还能够通过偶联实现对多项指标检测的目的。

2.2 对农药残留物质进行检测时采取的

方法

农药虽然能够在短时间内抑制农林病虫害，但是使用过多会危害到人畜的危害。根据相关文献报道，一般农业的利用率只能达到10%，其余的都残留到土地环境中，造成了严重的污染危害，在经过食物链的作用之后逐渐将农药的有害物质转移到人体内，对人类健康产生了极大的威胁。

在对农药残留物进行检测的过程中，可以使用电流计或者钴-苯二甲蓝染料，有效检测出最低限度为50 μg/l的三嗪类除草剂，通过采用一定的方式对样品进行浓缩以后，检测限度一般能够上升到200 ng/l。

此外，在对杀虫剂进行检测的过程中，可以采用红外光谱传感器，该传感器由于带有光钎，可以有效抑制信号的耗散作用，从而通过提取有机磷类杀虫剂来完成光谱分析工作。

2.3 对多环芳香烃类化合物进行检测时采用的方法

多环芳香烃类物质（pah）属于一种污染性较强并且能够致癌的物质，一般应用于多种工业企业生产过程中。由于水体中多环芳香烃类物质的含量一般在1×10-9的范围以下，所以在检测过程中需要采用具有较高灵敏度的传感器，也就是现阶段使用的光纤光学荧光传感器。而在实际检测程中由于待测物里含有一些干扰物质，对检测信号值造成了一定的影响，因此需要采用聚合物膜将该物质富集起来进行荧光检测，有效的避免了对信号产生的干扰。

3 结语

到目前为止，传感器技术在各类型环境检测部门中得到了广泛的应用，不过仍然存在一定的局限性，例如在对大气环境进行检测的过程中，某些污染物的含量比传感器的最低检测限低很多，所以还需要进一步对气体进行浓缩处理，避免其发生微型化。另外在进行野外水体检测时，待测水体中由于含有大量的干扰成分，很难达到实验室检测中的标准化水平，严重干扰到了实际检测值；此外，一些传感器的工作原理主要采用了膜分离分析技术，而由于受到膜的寿命的限制，需要频繁的更换新膜，极大程度的增加了检测费用，在一定程度上限制了该技术的推广应用。但是，从另一方面来说，随着传感器技术的进一步完善，仍然有很大可能广泛的应用于工业企业的排污现场，实现对污染物的直接、动态以及无人检测的目的，确保检测结果能够和实验室标准条件下的检测结果达到一致。

参考文献

[1] 赵为武，唐国林，张四奇.基于电化学技术重金属离子检测技术的研究进展[j].装备制造，2009（12）.

[2] 万谦，肖国光，杨平华，等.基于碳纳米管修饰电极的酶生物传感器研究进展[j].化工中间体，2009（12）.

[3] 翟慧泉，金星龙，岳俊杰，等.重金属快速检测方法的研究进展[j].湖北农业科学，2010（8）.