环境生物监测
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第一节
一、概念
环境监测
环境监测的过程一般为： 现场调查 监测计划设计 优化布 点 样品采集 运送保存 分析测试 数据处理 综合评价
二、环境监测的目的和分类
（一）环境监测的目的
环境监测的目的是准确、及时、全 面地反映环境质量现状及发展趋势，为 环境管理、污染源控制、环境规划等提 供科学依据。
（二）环境监测的分类
1.环境监测的综合性
环境监测的综合主要表现在监测手段、 监测对象的多样性以及监测数据处理 的复杂性。 2.环境监测的连续性 3.环境监测的追踪性
四、监测技术概述
监测技术包括采样技术、测试技术和 数据处理技术，这里以污染物的测试技术 为重点作以概述。 （一）化学、物理技术 重量法常用作残渣、降尘、硫酸盐、 油类等的测定； 容量分析被广泛用于水中酸度、碱度、 化学需氧量、溶解氧、硫化物、氰化物的 测定；
D 咨询服务监测
（3）研究性监测（又称科研监测）
研究性监测是针对特定目的科学研究 而进行的高层次的监测。例如环境本底底 监测及研究；有毒有害物质对从业人员底 影响研究；为监测工作本身服务的科研工 作的监测，如统一方法、标准分析方法的 研究、标准物质的研制等。这类研究往往 要求多学科合作进行。
2.按监测介质对象分类
可分为水质监测、空气监测、土壤监 测、固体废物监测、生物监测、噪声和 振动监测、电磁辐射监测、放射性监测、 热监测、光监测、卫生（病源体、病毒、 寄生虫等）监测等。
三、环境监测特点
（一）环境监测的发展
污染监测阶段或被动监测阶段
环境监测阶段或主动监测阶段
污染防治监测阶段或自动监测阶段
（二） 环境监测的特点
仪器分析方法被广泛用于对环境中 污染物进行定性和定量的测定。 （二）生物技术
这是利用生物在污染环境中所产生的 各种反映信息来判断环境质量的方法， 是一种最直接也是一种综合的方法。
生物监测包括生物体内污染物含量的 测定；观察生物在环境中受伤害症状； 生物的生理生化反应；生物群落结构和 种类变化等手段来判断环境质量。
3.阴离子表面活性剂传感器
包括能降解烷基苯磺酸（LAS)的细菌 和一个氧电极。当阴离子表面活性剂存 在时，细菌的呼吸作用增加，导致溶解 氧变化。
另外，用常温微生物组成的BOD微生 物电极的使用寿命不长。
2.酚类微生物传感器
用酶电极安培传感器检测酚类化合物 时，电极表面的酶分子被氧和过氧化氢 氧化，接着被酚类化合物重新还原，酚 类主要转化为苯醌或酚自由基，这些产 物通常具有电化学活性，能在相对于饱 和甘汞电极（SCE)0V以下的电位还原， 还原电流与溶液中酚类化合物的浓度成 正比。
3.根据生物传感器的信号转化器 可分为：电化学生物传感器、半导体生物 传感器、测热型生物传感器、测光型生物 传感器、测声型生物传感器等
图9-2
生物传感器的分类
四、生物传感器的特点
1.测定时一般不需要样品预处理，也不需加 入其他试剂。
2.由于它的体积小，可以实现连续在线监测。 3.响应快，样品用量少，且由于敏感材料是 固定化的，可以反复多次使用。 4.传感器连同测定仪的成本远低于大型的分 析仪器，因而便于推广普及。
第二节
一、概述
生物传感器
传统的环境监测方法通常采用离线分 析方法，其缺点是：分析速度慢，操作 复Leabharlann Baidu，且需要昂贵仪器，不适宜进行现 场快速监测和连续在线分析。建立和发 展连续、在线、快速的现场监测体系尤 其重要。
生物传感器实际上是一类特殊的化学传 感器。国际纯粹和应用化学联合会对化 学传感器的定义为：一种小型化的、能 专一和可逆地对某种化合物或某种离子 具有应答反应，并能产生一个与此化合 物或此离子浓度成比例地分析信号地传 感器。
五、在环境监测中的应用
1.BOD生物传感器
可在10～15min检测出BOD的含量，可对 水质状况实行在线监测。 目前已有用丝孢酵母、梭菌、芽孢杆菌 及混合微生物种群制成的BOD传感器， 还有用生物发光菌和嗜热菌的。
关于BOD微生物传感器电极的一个尚 未解决的问题就是微生物细胞在测定废 水中有毒物质时会出现“中毒”现象。 此外，由于一种微生物不可能对各种 废水中所有的有机物都产生响应，因此， 目前研制的BOD微生物传感器都只适用 于部分类型的废水。
生物传感器是一种将生物感应元件 的专一性与一个能够产生与待测物浓 度成比例的信号传导器结合起来的一 种分析装置。
最先问世的生物传感器是酶电极。 20世纪70年代后，人们开始研究微生 物电极、细胞器电极、动植物组织电 极以及免疫电极等新型生物传感器， 使生物传感器的类型大大增多。
二、生物传感器的基本组成和工作原理
1.按监测目的分类
（1）监视性监测（又称为例行监测或常规 监测） 对指定的有关项目进行定期的、长时间的 监测，以确定环境质量及污染源状况、评价 控制措施的效果，衡量环境标准实施情况和 环境保护工作的进展。 包括对污染源的监督监测和环境质量监测。
（2）特定目的监测（又称为特例监测 和应急监测）
根据特定的目的可分为以下四种： A 污染事故监测 B 仲裁监测 C 考核验证监测
（3）将光效应转化为电信号
（4）直接产生电信号方式
三、生物传感器的分类
一般可从以下三个角度进行分类：
1.根据传感器输出信号的产生方式 （1）生物亲和型生物传感器 S + R
底物 受体
SR
（2）代谢型或催化型生物传感器
S + R
底物 受体
SR
P
生成物
2.根据生物传感器中分子识别元件上的 敏感物质 可分为：酶传感器、微生物传感器、组 织传感器、细胞传感器、免疫传感器等。
生物传感器由敏感元件，即生物元件和 信号传导器组成。
生物元件：生物体、组织、细胞、细胞 器、细胞膜、酶、抗体、核酸、有机物 分子。
传导器：电势测量式、电流测量式、电 导率测量式、阻抗测量式、光强测量式、 热量测定式、声强测量式、机械式。
生物传感器的基本原理如下图所示：
生物传感器的工作原理主要决定于敏 感元件（分子识别单元）和待测物质之 间的相互作用，有以下几种类型： （1）将化学信号转化为电信号 已研究的大部分生物传感器的工作原 理均属于这种类型。 （2）将热变化转化为电信号
一、概念
环境监测
环境监测的过程一般为： 现场调查 监测计划设计 优化布 点 样品采集 运送保存 分析测试 数据处理 综合评价
二、环境监测的目的和分类
（一）环境监测的目的
环境监测的目的是准确、及时、全 面地反映环境质量现状及发展趋势，为 环境管理、污染源控制、环境规划等提 供科学依据。
（二）环境监测的分类
1.环境监测的综合性
环境监测的综合主要表现在监测手段、 监测对象的多样性以及监测数据处理 的复杂性。 2.环境监测的连续性 3.环境监测的追踪性
四、监测技术概述
监测技术包括采样技术、测试技术和 数据处理技术，这里以污染物的测试技术 为重点作以概述。 （一）化学、物理技术 重量法常用作残渣、降尘、硫酸盐、 油类等的测定； 容量分析被广泛用于水中酸度、碱度、 化学需氧量、溶解氧、硫化物、氰化物的 测定；
D 咨询服务监测
（3）研究性监测（又称科研监测）
研究性监测是针对特定目的科学研究 而进行的高层次的监测。例如环境本底底 监测及研究；有毒有害物质对从业人员底 影响研究；为监测工作本身服务的科研工 作的监测，如统一方法、标准分析方法的 研究、标准物质的研制等。这类研究往往 要求多学科合作进行。
2.按监测介质对象分类
可分为水质监测、空气监测、土壤监 测、固体废物监测、生物监测、噪声和 振动监测、电磁辐射监测、放射性监测、 热监测、光监测、卫生（病源体、病毒、 寄生虫等）监测等。
三、环境监测特点
（一）环境监测的发展
污染监测阶段或被动监测阶段
环境监测阶段或主动监测阶段
污染防治监测阶段或自动监测阶段
（二） 环境监测的特点
仪器分析方法被广泛用于对环境中 污染物进行定性和定量的测定。 （二）生物技术
这是利用生物在污染环境中所产生的 各种反映信息来判断环境质量的方法， 是一种最直接也是一种综合的方法。
生物监测包括生物体内污染物含量的 测定；观察生物在环境中受伤害症状； 生物的生理生化反应；生物群落结构和 种类变化等手段来判断环境质量。
3.阴离子表面活性剂传感器
包括能降解烷基苯磺酸（LAS)的细菌 和一个氧电极。当阴离子表面活性剂存 在时，细菌的呼吸作用增加，导致溶解 氧变化。
另外，用常温微生物组成的BOD微生 物电极的使用寿命不长。
2.酚类微生物传感器
用酶电极安培传感器检测酚类化合物 时，电极表面的酶分子被氧和过氧化氢 氧化，接着被酚类化合物重新还原，酚 类主要转化为苯醌或酚自由基，这些产 物通常具有电化学活性，能在相对于饱 和甘汞电极（SCE)0V以下的电位还原， 还原电流与溶液中酚类化合物的浓度成 正比。
3.根据生物传感器的信号转化器 可分为：电化学生物传感器、半导体生物 传感器、测热型生物传感器、测光型生物 传感器、测声型生物传感器等
图9-2
生物传感器的分类
四、生物传感器的特点
1.测定时一般不需要样品预处理，也不需加 入其他试剂。
2.由于它的体积小，可以实现连续在线监测。 3.响应快，样品用量少，且由于敏感材料是 固定化的，可以反复多次使用。 4.传感器连同测定仪的成本远低于大型的分 析仪器，因而便于推广普及。
第二节
一、概述
生物传感器
传统的环境监测方法通常采用离线分 析方法，其缺点是：分析速度慢，操作 复Leabharlann Baidu，且需要昂贵仪器，不适宜进行现 场快速监测和连续在线分析。建立和发 展连续、在线、快速的现场监测体系尤 其重要。
生物传感器实际上是一类特殊的化学传 感器。国际纯粹和应用化学联合会对化 学传感器的定义为：一种小型化的、能 专一和可逆地对某种化合物或某种离子 具有应答反应，并能产生一个与此化合 物或此离子浓度成比例地分析信号地传 感器。
五、在环境监测中的应用
1.BOD生物传感器
可在10～15min检测出BOD的含量，可对 水质状况实行在线监测。 目前已有用丝孢酵母、梭菌、芽孢杆菌 及混合微生物种群制成的BOD传感器， 还有用生物发光菌和嗜热菌的。
关于BOD微生物传感器电极的一个尚 未解决的问题就是微生物细胞在测定废 水中有毒物质时会出现“中毒”现象。 此外，由于一种微生物不可能对各种 废水中所有的有机物都产生响应，因此， 目前研制的BOD微生物传感器都只适用 于部分类型的废水。
生物传感器是一种将生物感应元件 的专一性与一个能够产生与待测物浓 度成比例的信号传导器结合起来的一 种分析装置。
最先问世的生物传感器是酶电极。 20世纪70年代后，人们开始研究微生 物电极、细胞器电极、动植物组织电 极以及免疫电极等新型生物传感器， 使生物传感器的类型大大增多。
二、生物传感器的基本组成和工作原理
1.按监测目的分类
（1）监视性监测（又称为例行监测或常规 监测） 对指定的有关项目进行定期的、长时间的 监测，以确定环境质量及污染源状况、评价 控制措施的效果，衡量环境标准实施情况和 环境保护工作的进展。 包括对污染源的监督监测和环境质量监测。
（2）特定目的监测（又称为特例监测 和应急监测）
根据特定的目的可分为以下四种： A 污染事故监测 B 仲裁监测 C 考核验证监测
（3）将光效应转化为电信号
（4）直接产生电信号方式
三、生物传感器的分类
一般可从以下三个角度进行分类：
1.根据传感器输出信号的产生方式 （1）生物亲和型生物传感器 S + R
底物 受体
SR
（2）代谢型或催化型生物传感器
S + R
底物 受体
SR
P
生成物
2.根据生物传感器中分子识别元件上的 敏感物质 可分为：酶传感器、微生物传感器、组 织传感器、细胞传感器、免疫传感器等。
生物传感器由敏感元件，即生物元件和 信号传导器组成。
生物元件：生物体、组织、细胞、细胞 器、细胞膜、酶、抗体、核酸、有机物 分子。
传导器：电势测量式、电流测量式、电 导率测量式、阻抗测量式、光强测量式、 热量测定式、声强测量式、机械式。
生物传感器的基本原理如下图所示：
生物传感器的工作原理主要决定于敏 感元件（分子识别单元）和待测物质之 间的相互作用，有以下几种类型： （1）将化学信号转化为电信号 已研究的大部分生物传感器的工作原 理均属于这种类型。 （2）将热变化转化为电信号