环境生物监测与安全性评价精品PPT课件
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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
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
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：是具有分子识别能力的生物活性物质(如组织 切片、细胞、细胞器、细胞膜、酶、抗体、核酸、有机 物分子等。
传导器：主要有电化学电极(如电位、电流的测量)、光学 检测元件、热敏电阻、场效应晶体管、压电石英晶体及 表面等离子共振器件等，当待测物与分子识别元件特异 性结合后,所产生的复合物(或光、热等)通过信号转换器 变为可以输出的电信号、光信号等,从而达到分析检测的 目的。
第一节
环境监测
一、概念
环境监测的过程一般为：
现场调查 样品采集 数据处理
监测计划设计 优化布点 运送保存 分析测试 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
第二节 生物传感器
一、概述
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，操作复杂，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 例地分析信号的传感器。
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 D 咨询服务监测
• 好氧微生物在繁殖时需消耗大量的氧,可以氧浓度的变 化来观察微生物与底物的反应情况。
（3）研究性监测Hale Waihona Puke Baidu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
葡萄糖电极缺点: (1)溶解氧的变化可能引起电极响应的波动; (2)由于氧的溶解度有限,当溶解氧贫乏时,响应电流明显
下降而影响检测限; (3)传感器响应性能受溶液pH值和温度影响较大
2.微生物传感器
• 微生物传感器分为两类： 一类是利用微生物在同化底物时消耗氧的呼吸作用； 另一类是利用不同的微生物含有不同的酶。
四、生物传感器的特点
1.根据生物反应的特异性和多样性,理论上可以制成测定 所有生物物质的传感器,因而测定范围广泛。 2.测定时一般不需要样品预处理，也不需加入其他试剂。 3.由于它的体积小，可以实现连续在线监测。 4.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。 5.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。
五、生物传感器在环境监测中的应用
1. 酶传感器
• 它将活性物质酶覆盖在电极表面,酶与被测的有机物或无 机物反应,形成一种能被电极响应的物质。
• 例如,脲在尿素酶催化下发生反应 • 1967年Updick和Hicks将固定化的葡萄糖氧化酶膜结合
在氧电极上,做成了第一支葡萄糖电极；此后,这类酶传 感器通常是通过检测产物H2O2的浓度变化或氧的消耗 量来检测底物。
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；
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。
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
（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
SR
底物 受体
（2）代谢型或催化型生物传感器
S+ R 底物
SR 受体
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。
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
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
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
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：是具有分子识别能力的生物活性物质(如组织 切片、细胞、细胞器、细胞膜、酶、抗体、核酸、有机 物分子等。
传导器：主要有电化学电极(如电位、电流的测量)、光学 检测元件、热敏电阻、场效应晶体管、压电石英晶体及 表面等离子共振器件等，当待测物与分子识别元件特异 性结合后,所产生的复合物(或光、热等)通过信号转换器 变为可以输出的电信号、光信号等,从而达到分析检测的 目的。
第一节
环境监测
一、概念
环境监测的过程一般为：
现场调查 样品采集 数据处理
监测计划设计 优化布点 运送保存 分析测试 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
第二节 生物传感器
一、概述
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，操作复杂，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 例地分析信号的传感器。
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 D 咨询服务监测
• 好氧微生物在繁殖时需消耗大量的氧,可以氧浓度的变 化来观察微生物与底物的反应情况。
（3）研究性监测Hale Waihona Puke Baidu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
葡萄糖电极缺点: (1)溶解氧的变化可能引起电极响应的波动; (2)由于氧的溶解度有限,当溶解氧贫乏时,响应电流明显
下降而影响检测限; (3)传感器响应性能受溶液pH值和温度影响较大
2.微生物传感器
• 微生物传感器分为两类： 一类是利用微生物在同化底物时消耗氧的呼吸作用； 另一类是利用不同的微生物含有不同的酶。
四、生物传感器的特点
1.根据生物反应的特异性和多样性,理论上可以制成测定 所有生物物质的传感器,因而测定范围广泛。 2.测定时一般不需要样品预处理，也不需加入其他试剂。 3.由于它的体积小，可以实现连续在线监测。 4.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。 5.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。
五、生物传感器在环境监测中的应用
1. 酶传感器
• 它将活性物质酶覆盖在电极表面,酶与被测的有机物或无 机物反应,形成一种能被电极响应的物质。
• 例如,脲在尿素酶催化下发生反应 • 1967年Updick和Hicks将固定化的葡萄糖氧化酶膜结合
在氧电极上,做成了第一支葡萄糖电极；此后,这类酶传 感器通常是通过检测产物H2O2的浓度变化或氧的消耗 量来检测底物。
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；
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。
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
（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
SR
底物 受体
（2）代谢型或催化型生物传感器
S+ R 底物
SR 受体
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。
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