自来水重金属检测论文
水中的重金属一般源于自来水管、喝水的杯子或饮水机。营养学专家表示，含有重金属的水质会有以下特征： 1、茶具或茶杯上会出现青绿色; 2、用来养鱼，比较容易使鱼中毒而死亡; 3、用来洗染了色的头发，会使头发的颜色容易褪去; 4、如果是铁制或劣质不锈钢杯(或餐具)会受到腐蚀; 5、含有重金属物质的水中明显有金属味，水的颜色偏黄; 6、另外，用含重金属的水来擦洗瓷器或衣物上时，会出现褐色的痕迹那么如何才能判断水中重金属是否超标呢？HM6800便携式多参数重金属分析仪适于快速精确检测水中的多种微量重金属,仪器基于阳极溶出伏安法原理研发，能够为危害环境及人身健康的多种重金属检测提供快速、精确、经济的检测手段：检测精度可达ppb量级，分析时间短;现场检测无需繁复的水样预处理;仪器直接读取浓度值，无需电脑进行二次分析;检测时间小于5分钟，最快检测时间小于30秒。
自来水重金属检测包括检测汞、镉、铅、铬以及类金属砷，还包括同样具有毒性的锌、铜、钴、镍、锡、钒等大概45种污染物。国家规定饮用水重金属含量标准为：砷，镉，汞，铅，硒等。
水稻重金属检测论文怎么写
在中国知网下一些论文作为参考，一般学校的校园网都可以登上去下的，或者问老师要一个帐号就可以了。论文也是分大致几块内容，一般有研究的意义、理论依据，研究方法，具体过程，研究结论等等。。你首先要确定研究方向，你是做具体的某一种农药残留检测技术？还是研究农药残留在农产品质量检测中的重要性？或者是农药残留检测的常用的一些技术方法的对比？。。。。
水稻是我国最主要的粮食作物，水稻的品种和品质与稻作行业的质量和效益直接相关，影响到国家粮食安全和广大农民的收入。 为了深入了解我国稻作行业的基本情况，摸清我国水稻品种与品质的现状，从而为调整我国水稻品种结构、改善我国稻米质量、提高稻作效益、增加农民收入打下坚实基础，根据农业部的统一部署，我们于2000年开展了对全国水稻品种与品质的普查工作。 一、基本情况 普查工作于2000年7月开始，到2001年2月结束，前后历时8个月。我们先后派出12个工作小组，赴全国26个省（市、区）水稻种植地区，拜访各地有关的领导、专家、技术工作者、生产者和经营者，了解各地水稻品种与品质的情况，也了解各地与稻作相关的科研、生产和销售的情况，有关稻作结构调整、发展优质米生产的经验和情况，有关稻作结构调整、发展优质米生产的经验和做法，并落实水稻品种样品的征集工作。本次共征集全国除新疆、西藏、青海、山西、台湾外的27个省（市、区）的水稻样品1109份，品种919个。其中早籼稻品种349个、中籼稻148个、晚籼稻120个、南方粳稻172个、北方粳稻97个、籼糯稻14个、粳糯稻19个（表1）。其中当年种植面积达6667hm2（10万亩）以上的主栽品种332个，非主栽品种587个，包含了各地种植的传统品种、特质品种、专用品种和近年审定推广的新品种。 表1征集的品种情况 类别品种数占％类别品种数占％ 早籼稻北方粳稻 中籼稻籼糯稻 晚籼稻粳糯稻 南方粳稻合计919100 样品的理化品质指标的检测依据农业行业标准""NY/T83-1988米质测定方法""进行，感官品质指标依据国家标准""GB/T15682-1995稻米蒸煮试验品质评定""进行。食用水稻品种的品质评价根据农业行业标准""NY20-1986优质食用稻米""进行，也参照国家标准""GB/T17891-1999优质稻谷""中相应部分的品质指标进行评价；特异种质品种的评价参照""中国优特稻种质资源评价""中的相应标准执行。 二、结果及分析 1、品种分布情况 由于我国地域辽阔，南北、东西的气候、生态条件差别很大，水稻品种类别的分布也有明显的差异。籼稻品种主要分布于我国南方15个省（市、区），即海南、广东、广西、湖南、湖北、云南、贵州、四川、重庆、福建、江西、浙江、江苏、上海和安徽。此外，北方地区的陕西和河南有小面积种植少数籼稻品种。而粳稻品种主要分布于北方地区和长江中下游地区，包含东北、内蒙、华北、西北（除青海外）及湖北、安徽、江苏、上海、浙江和云南等省市。我国南方的广东、广西、福建、浙江、江西、湖南、湖北、安徽、海南等9个省（区），仍是早、晚稻都种植的双季稻区；而云南、贵州、四川、重庆、江苏、上海等南方省（市）经过近年种植结构的调整，已基本上由过去的双季稻区改成单季稻（中稻）区了。 目前，杂交稻仍以籼型杂交稻为主，分布于南方地区，其中湖南、湖北、四川、重庆、广西、广东、江西、福建、贵州等省（市）是杂交稻的主要产区。 2、优质品种评价筛选 依据国家《优质稻谷》三级标准中与品种品质相关的品质指标（糙米率、整精米率、长宽比、垩白率、垩白度、胶稠度、直链淀粉），评价筛选出优质品种118个，占普查品种总数的％。其中籼稻13个，占％；粳稻94个，占％，糯稻11个，占％。各稻组评价筛选的优质品种情况见表2。 表2品种米质达国标3级以上的食用稻优质品种 项目 品种 粳稻一级 （19个） 嘉64-1、秀水11、滇系4号、99鉴72、CR99、沈农8718、上育397、宁稻216、97XW-723、津原28、1045、9618、中系8215、水晶3号、黄金晴、豫粳6号、富士光、寒优湘晴、品优湘晴 二级（53个） 皖稻54、华安2号、当选晚2号、88-146、滇杂32、越富A/南34、云陆29、楚粳香1号、珍优1号、沈农8801、辽优7号、辽137、辽371-308、辽粳294、辽粳454、宁粳16号、98XW-258、腾系747、9807、牡丹江17、龙粳8号、东农V10、合江23、中作321、中作23、1613、京稻21、中作93、中作37、寒幽湘晴、牡丹江19、合江19、垦育16、新秋光、丰优201、农大3号、晚粳9873、晚粳太子11、农大7、农大3号、圣稻301、京引119、971、8-502、9602、常优99-1、武育粳3号、沛优801、金优湘晴、996022、中优4号、沛优01、申优1号 三级（21个） 99-39、西22-2、合系22-2、沈农18、农林315、辽盐16、金引2号、吉96010、975、龙粳10、临稻6号、中作93、九稻19、九稻22、九稻20、空育131、秋光、96-50、R109、苏农86、98-110 籼稻一级（1个） 赣晚籼19号 二级（5个） 枝优香、培两优288、两优培九、98-9 三级（6个） 优I桂99、桂香占、D优527、9709、秋优1025、湘晚籼9号 粳糯优质（11个) 凉糯2号、沈农香糯1号、津糯6号、太子粳糯、丙97-48、嘉99-7、祥湖84、紫香糯2315、97-48、D26、糯22 3、特质品种的评价与筛选 以《中国优特稻种资源评价》中的相应标准评价筛选了具有特异品质性状的水稻品种115个，占％。其中高糙米率（籼稻≥％，粳稻≥％）品种21个，包含籼稻13个，粳稻8个；高蛋白质含量（≥13％）品种13个，全部为籼稻品种；低垩白率（≤5％）品种49个，包含籼稻335个，粳稻14个；特低直链淀粉含量（＜10％并＞2％）品种9个，全部为籼稻品种；高直链淀粉（籼≥％，粳≥％）并软胶稠度（籼≥60mm，粳≥70mm）品种23个，其中籼稻21个，粳稻2个。具体品种见表3。 表3水稻特质品种 项目 品种 高糙米率品种 籼稻13个（≥％） 粳稻8个（≥％） 嘉育948、K88A/7044、培杂28、培杂279、香两优463、香二优781、金优315、金优80、闽科早22、金优18、金优456、协优390 沾粳7号、武粳4号、武粳5号、鲁粳12号、镇稻88、9707、镇稻5171、9632 高蛋白质含量（≥％） 籼稻13个 湘早籼7号、南保早、抗优148、2757、浙9248、博优212、博优270、金优80、K优47、D优13、C优22、冈优缙恢1号、1290S/F674 低垩白率（≤5％） 籼稻35个 粳稻14个 香两优68、西光、特籼占25、海香1号、浙9248、茉莉新占、闽香早占948、舟优早1号、汕优占、莉花香粘、泰国18、西山香、桥圩香占、黄壳香、双丰占、田东香、桂华占、七桂占、新马占、莉花香、桂艮占、马隘香米、E优540、香优61、中国香稻、91315、黄梅香稻、湘晚籼9号、郴优早2号、优99、晚籼选5、益晚籼7号、Y9413-5、1504、双佳1号 滇粳优1号、滇系4号、99鉴72、双竹粘、CR99、金引二号、宁稻216、97XW-723、98XW-258、975、1613、富士光、观95、品优湘晴 特低直链淀粉含量（＜10％并＞2％）籼稻6个 粳稻2个 中丝2号、浙农8010、渝优2142、西软米84-4、优99、Y9413-5 滇粳优3号、银光 高直链淀粉含量（籼≥25，粳≥22％） 并软胶稠度（籼≥60mm，粳≥70mm）籼稻20个 粳稻2个 汕优64、优Ⅰ晚三、金优402、金早22、中优402、优154、绵优151、博优大占、金优77、赣晚籼29号、金优207、金优64、金新优77、金优晚3、博优964、Ⅱ优128、博优64、汕优晚3、粤优016、K优507 高原粳2号、珍优2号 4、各稻组品质性状比较 除去不合格的或特殊的18个样品外，其余的1091份样品，分别统计各稻组的理化品质指标，结果见表4．根据以上统计结果，比较分析了各稻组的品质优劣；也对杂交稻和常规稻的品质作了比较。 （1）不同季节种植的籼稻品种品质有所差异。早籼、中籼和晚籼的整精米率分别为％、％和％；垩白度分别为％、％和％。可见，晚籼的碾磨品质和外观品质均优于早籼和中籼；中籼的外观品质与早籼相仿，但碾磨品质优于早籼。 （2）北粳品质较南粳为优。通常把东北、内蒙、华北、西北等北方地区种植的粳稻称为北粳，其余地区（主要是长江中下游地区）种植的粳稻称南粳。南粳和北粳的垩白度分别为％和％，透明度分别为级和级，可见北粳的外观品质较南粳优；胶稠度分别为和，说明北粳的质地一般较南粳的粘。 （3）籼粳和粳糯分属不同的亚种（前者属籼型，后者属粳型），其品质也大不相同。从表可见，两类粳稻除碾磨品质和外观品质有很大的差别外，与蒸煮和食味品质相关的直链淀粉和碱消值两项指标也有明显的差别，籼糯的分别为％和级，粳糯的分别为％和级，表明粳糯的糯性优于籼糯。 （4）根据对495份杂交籼稻样品和271份常规籼稻样品理化品质指标的统计结果，杂交稻的碾磨品质（糙米率、精米率和整精米率）与常规稻的相仿，这与通常认为杂交稻出米率差的观念不一致，有待进一步考证；但杂交稻的平均垩白率（％）和垩白度（％）都明显大于常规稻的垩白率（％）和垩白度（％），可见杂交稻的外观品质不如常规稻。另外，杂交稻的直链淀粉含量（％）高于常规稻（％），而胶稠度（）也较常规稻）的短，说明两者适口性也有差异。 5、优质性状评价比较 以农业行业标准《优质稻米》二级标准评价品种品质各项指标，并分别统计总体和各稻区的优质性状率，其结果见表5。总体上看，直链淀粉含量、精米率和碱消值等品质指标的优质率较高，都达90％以上；而垩白率、垩白度和整精米率等3项指标优质率较低，均不足50％。其各项同品质指标达标率的高低顺序为：直链淀粉含量＞精米率＞碱消值＞糙米率＞长宽比＞胶稠度＞蛋白质含量＞粒长＞透明度＞整精米率＞垩白度＞垩白率。分别观察各组的品质性状达标率，情况大体相似，但有以下两点明显差异：（1）南粳和北粳的整精米率的达标率比较高，分别达％和％；（2）籼糯的直链淀粉含量达标率低，仅％。 三、存在问题 1、品种多、乱、杂多数水稻主产区省份都有千百个水稻品种在生产上应用，一些乡镇内应有数十个品种种植，混杂着籼、粳、糯，早、中、晚，杂交、常规等各种类型的水稻品种。多数品种年种植面积在几千至几万亩之间，百万亩以上的品种很少。由于品种杂，规模小，影响了稻作的规模效益和产业化发展。 2、优质品种少，专用品种不明显目前多数品种的食用品质处于中下水平，优质品种少，仅占品种总数的12％上下，尤其是籼稻品种。籼稻品种品质的主要问题是整精米率低（碎米多）、垩白大，影响了稻米的外观品质和市场价值。此外，多数水稻品种的品质雷同，有特色的专用品种少，影响了水稻品种的开发利用，如饲用、食用原料及其他工业原料用等。 3、缺少产业化经营从品种（种子）到稻米产品，各地区仍主要是小生产、小经营状态，实行产业化经营的为数极少。育、繁、推脱节，产、加、销分离的格局，还没有从根本上打破。农民不管品种品质混种，粮食部门不问品种品质混收，加工企业不明原粮品种品质混杂加工。其结果是产品质量低，市场竞争力弱，行业效益差等，产生了恶性循环。 4、质量保证体系不健全品种要优化，品质要分流，需要有适宜的评价标准，以便引导选育优质品种，筛选专用品种。但目前尚缺相应的质量标准。实践证明，原农业行业标准《优质食用稻米》，已不能适应现代稻米市场对品种品质和稻米品质评价的要求；新国家标准《优质稻谷》面向流通和仓贮的稻谷，不很适合于品种品质或市场稻米品质的评价。目前，市场缺乏有效的自我约束机制和监督管理制度，很多水稻种子或稻米产品，都标榜自己是优质品种、优质产品，鱼目混珠、良莠混杂的现象严重；而制假售假，以次充好，毒谷、毒米等事件时有发生，影响极坏，危害极大。 四、建议 1、加速水稻品种结构调整的步子 各地区主管部门要按照食用、饲用、食品加工用和工业原料用不同角度，根据市场发展的需求预测，尽快作出品种结构调整的规划，发展那些优质、适销品种，限制或淘汰那些品质差、市场不适销的品种。优质育种、优质引种及优质品种的示范推广应成为当地品种工作的重心，加大投资力度；并落实强化优质优价政策，发挥经济杠杆作用，指导品种结构的调整。力争在今后三五年内，当地的水稻品种结构有一个明显的改观。 2、发展产业化经营 要制定相应的法律法规，打破部门及地域封锁、分离的格局，以便创造市场化的良好氛围，实现公平竞争的法则。要积极扶持龙头企业，发展订单农业，组建""公司+基地或农户+科技单位""的经济共同体模式，实施科研、生产、加工、经营一体化的产业化经营，创建名牌产品，实现产业最大化效益。 3、健全并强化质量保障体系 要健全水稻产品质量标准体系，包括制订不同用途的水稻品种品质标准、稻米质量等级标准和各种米制品的质量标准。要适应稻米市场发展的需求，加强质检机构的建设，更新技术设备，加强检验测试能力；并发挥质检机构在稻米的生产、加工、贮运及市场销售全过程的质量保障和监控作用，保护生产者和消费者的权益，促进稻米市场的健康发展。
发生水稻镉超标的原因通常并不是单一的，除了土壤本身便含有镉之外，施用含镉磷肥、排放采矿冶炼产生的废水与废气等因素通常也容易出现镉超标的情况。镉是一种有毒的重金属物质，能够在人体与环境中长期蓄积，而它进入人体的途径主要为人类吃下了有镉的食物，例如水稻，当水稻的根系将稻田中的镉吸收之后，就会运输到茎、叶和稻米中，将其加工成大米并让人类长期食用的话，便容易影响人类的身体健康。
一、水稻镉超标是什么原因造成的
1、发生的原因
（1）土壤本身便含有镉。
（2）施用含镉磷肥、排放采矿冶炼产生的废水与废气等因素，便容易造成耕地镉污染，随后便容易出现镉超标的现象。
2、危害
（1）因为水稻是用来生产大米的一种作物，当将镉超标的水稻加工成大米之后，如果人类长期食用了，便容易出现健康问题。
（2）水稻属于容易蓄积镉的作物之一，当稻田中的镉通过水稻的根系被吸收之后，便会向上运输到茎、叶和稻米中，使得水稻发生镉超标的情况。
（3）镉属于一种能够在人体、环境中长期蓄积的有毒重金属物质，而通过食物进入人体则是最主要的一个途径，当长期大量食用之后，便容易出现慢性镉中毒的情况。
二、如何防治水稻镉超标
1、防治方法
（1）加强对于源头的控制，例如控制工业废水排放、使用含镉低的磷肥、合理的使用畜禽粪便，从这些外在的因素进行防治，以此来降低出现镉大米的几率。
（2）当土壤发生酸化后，便容易造成稻米镉超标，因此合理的治理土壤酸化的问题，一般也有一定的防治效果，一般可以合理的使用石灰等碱性物质，来改良土壤酸性。
2、如何防治镉元素中毒
（1）镉及其化合物通常具有一定的毒性，当吸入氧化镉的烟雾后便有可能出现中毒的情况。
（2）为了预防镉中毒，因此对于熔炼、使用镉及其化合物的场所，便需要具有良好的通风和密闭装置，而在进行焊接和电镀工艺时，除了需要有必要的排风设备之外，而且在操作的时候还需要戴个人防毒面具。
水中微生物与重金属检测论文
浅谈重金属检测传感器技术的应用论文
摘要： 随着经济的迅猛发展和社会的日新月异, 人们对重金属的开采及加工越来越频繁, 这使得不少重金属存在于大气水以及土壤中, 在很大程度上加重了环境污染, 科学技术的迅猛发展为重金属检测传感器技术的研究提供了很好的途径。针对上述背景下, 对重金属检测传感器技术研究与应用进行合理性阐述, 以促进重金属检测传感器技术的进一步发展。
关键词： 重金属检测; 传感器技术; 环境污染;
重金属污染是环境污染的一个重要组成部分, 重金属在自然界中广泛存在, 随着人类的开采、冶炼、加工活动而使得重金属转变成化学状态或化学形态广泛分布于大气、水、土壤中, 随着时间的积累而不断留存、迁移, 从而引发严重的环境污染问题;重金属甚至还会随着废水的排出而流入海洋中, 对鱼和贝类造成严重的危害;重金属还会附着在人类的鼻腔和食物上, 造成人类呼吸道感染和重金属中毒[1]。重金属具有沉积性和不可降解性, 是一种非常危险的污染源, 因此对于重金属的研究与检测是十分关键的。通过调查与研究, 发现重金属检测传感器技术主要分为离子选择性电极传感器技术、光纤化学传感器技术、生物传感器技术以及微电极矩阵传感器技术四个方面, 本文通过对这四种传感器技术在重金属检测中的研究与应用作简要分析, 以推动重金属检测传感器技术的发展。
1 离子选择性电极传感器技术。
离子选择性电极传感器技术是一种操作简单、性价比高、准确有效的重金属检测传感器技术。离子选择性电极传感器技术因为不需要提前对样品进行操作而被广泛应用于重金属的在线检测中。目前, 国内外学者对离子选择性电极传感器技术进行了大量的研究, 发现选择性高、经济简单的离子选择性电极主要分为基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极和基于流系玻璃膜的离子选择性电极两种[2]。
基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极。
目前在对基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极的研究中, 主要是对离子选择性电极的重金属离子的识别以及聚氯乙烯膜的结构和性能进行研究, 同时, 对不同的载体和膜增塑剂对离子选择性电极性能的影响作简要分析, 从而提高对重金属的识别能力。
基于流系玻璃膜的离子选择性电极。
基于硫系玻璃膜的离子选择性电极良好的红外线透过性是其他离子选择性电极无法相提并论的。许多发达国家都通过购买硫系玻璃膜的离子选择性电极来用于重金属检测工作。
2 光纤化学传感器技术。
对于光纤化学传感器技术的研究比离子选择性电极传感器技术的研究还要早, 光纤化学传感器技术的研究始于美国研究所, 从那以后, 许多国家都在实验室中对光纤化学传感器技术进行研究, 并应用到重金属检测中。陈雷等人对基于聚氯乙烯膜的光纤传感器进行研究并应用到铜离子的检测中, 取得了良好的效果[3]。李学强等人将注册分析法和激光激发荧光光谱技术应用到对金属离子传感器的研制中, 使我国饮用水中的重金属检测工作取得了很大的进展。
3 生物传感器技术。
第一个生物传感器始于Red String仪器公司。之后, 又在多个公司相继推出, 这些生物传感器主要是对人类血糖和尿糖中的重金属物质进行检测。重金属物质在人体中的留存和迁移会对人体的健康造成极大的威胁, 生物传感器可以与人体生物识别因素相互影响, 以达到对人体中的重金属含量进行检测, 从而预防重金属中毒的目的。通过研究发现, 生物传感器主要分为蛋白质为基础的'生物传感器以及整个细胞为基础的重金属传感器两种。
蛋白质为基础的生物传感器。
生物识别因素主要是促进消化的酶、防止病毒入侵的抗体、增强体质的金属键键合蛋白以及脱辅基酶蛋白质。以这几种生物识别因素为基础制作蛋白质为基础的生物传感器, 用来检测铜离子、锌离子、汞离子以及铅离子等金属离子。传统的生物传感器存在灵敏度低、选择性差等一系列缺点, 因此必须研制出选择性高的新型传感器来实现对重金属离子的检测, 这种新型传感器被称为蛋白质为基础的生物传感器。
整个细胞为基础的重金属传感器。
整个细胞为基础的重金属传感器可以实现对微型有机体生物标识的检测, 它具有所受干扰因素少、反应速度快等一系列优点, 可以实现对苔藓、海藻、酵母等海洋生物中的重金属的检测。随着生物医学和环境工程的蓬勃发展, 可以通过改进主传感器的途径来解决重金属检测过程中的干扰问题, 即在基因层次上设计细胞器。
4 结语。
综上所述, 本文通过对重金属检测传感器技术研究与应用进行分析, 主要从离子选择性电极传感器技术、光纤化学传感器技术、生物传感器技术以及微电极矩阵传感器技术这四个方面作简要分析, 为传感器检测技术在重金属中的研究与应用提供理论支持, 以减少重金属污染现象的发生。
参考文献
[1]张涛, 苏倡, 刘艳, 等.泥蚶 (Tegillarca granosa) 重组铁蛋白富集重金属离子的特性及化学传感器的研究[J].海洋与湖沼, 2017, 48 (4) :870-876.
[2]吕攀攀, 肖芳兰, 严锡娟, 等.构建一种基于双启动子模型的特异性检测镉离子的大肠杆菌传感器[J].生物工程学报, 2015, 31 (11) :1601-1611.
[3]贾朔.边超, 佟建华, 等.基于纳米金Core-satellites等离子体耦合增强效应的汞离子光纤传感器的研究[J].分析化学, 2017, 45 (6) :785-790.
生物传感器的研究现状及应用摘要：简述了生物传感器尤其是微生物传感器近年来在发酵工业及环境监测领域中的研究与应用，对其发展前景及市场化作了预测及展望。生物电极是以固定化生物体组成作为分子识别元件的敏感材料，与氧电极、膜电极和燃料电极等构成生物传感器，在发酵工业、环境监测、食品监测、临床医学等方面得到广泛的应用。生物传感器专一性好、易操作、设备简单、测量快速准确、适用范围广。随着固定化技术的发展，生物传感器在市场上具有极强的竞争力。 关键词：生物传感器；发酵工业；环境监测。中图分类号： 文献标识码：a 文章编号：1006-883x(2002)10-0001-06一、 引言 从1962年，clark和lyons最先提出生物传感器的设想距今已有40 年。生物传感器在发酵工艺、环境监测、食品工程、临床医学、军事及军事医学等方面得到了深度重视和广泛应用。在最初15年里，生物传感器主要是以研制酶电极制作的生物传感器为主，但是由于酶的价格昂贵并不够稳定，因此以酶作为敏感材料的传感器，其应用受到一定的限制。近些年来，微生物固定化技术的不断发展，产生了微生物电极。微生物电极以微生物活体作为分子识别元件，与酶电极相比有其独到之处。它可以克服价格昂贵、提取困难及不稳定等弱点。此外，还可以同时利用微生物体内的辅酶处理复杂反应。而目前，光纤生物传感器的应用也越来越广泛。而且随着聚合酶链式反应技术（pcr）的发展，应用pcr的dna生物传感器也越来越多。二、 研究现状及主要应用领域 1、 发酵工业各种生物传感器中，微生物传感器最适合发酵工业的测定。因为发酵过程中常存在对酶的干扰物质，并且发酵液往往不是清澈透明的，不适用于光谱等方法测定。而应用微生物传感器则极有可能消除干扰，并且不受发酵液混浊程度的限制。同时，由于发酵工业是大规模的生产，微生物传感器其成本低设备简单的特点使其具有极大的优势。(1). 原材料及代谢产物的测定微生物传感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的测定，代谢产物如头孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇类、青霉素、乳酸等的测定。测量的原理基本上都是用适合的微生物电极与氧电极组成，利用微生物的同化作用耗氧，通过测量氧电极电流的变化量来测量氧气的减少量，从而达到测量底物浓度的目的。在各种原材料中葡萄糖的测定对过程控制尤其重要，用荧光假单胞菌（psoudomonas fluorescens）代谢消耗葡萄糖的作用，通过氧电极进行检测，可以估计葡萄糖的浓度。这种微生物电极和葡萄糖酶电极型相比，测定结果是类似的，而微生物电极灵敏度高，重复实用性好，而且不必使用昂贵的葡萄糖酶。当乙酸用作碳源进行微生物培养时，乙酸含量高于某一浓度会抑制微生物的生长，因此需要在线测定。用固定化酵母（trichosporon brassicae），透气膜和氧电极组成的微生物传感器可以测定乙酸的浓度。此外，还有用大肠杆菌（）组合二氧化碳气敏电极，可以构成测定谷氨酸的微生物传感器，将柠檬酸杆菌完整细胞固定化在胶原蛋白膜内，由细菌―胶原蛋白膜反应器和组合式玻璃电极构成的微生物传感器可应用于发酵液中头孢酶素的测定等等。(2). 微生物细胞总数的测定在发酵控制方面，一直需要直接测定细胞数目的简单而连续的方法。人们发现在阳极表面，细菌可以直接被氧化并产生电流。这种电化学系统已应用于细胞数目的测定，其结果与传统的菌斑计数法测细胞数是相同的[1]。(3). 代谢试验的鉴定传统的微生物代谢类型的鉴定都是根据微生物在某种培养基上的生长情况进行的。这些实验方法需要较长的培养时间和专门的技术。微生物对底物的同化作用可以通过其呼吸活性进行测定。用氧电极可以直接测量微生物的呼吸活性。因此，可以用微生物传感器来测定微生物的代谢特征。这个系统已用于微生物的简单鉴定、微生物培养基的选择、微生物酶活性的测定、废水中可被生物降解的物质估计、用于废水处理的微生物选择、活性污泥的同化作用试验、生物降解物的确定、微生物的保存方法选择等[2]。2、 环境监测(1). 生化需氧量的测定生化需氧量（biochemical oxygen demand ?bod）的测定是监测水体被有机物污染状况的最常用指标。常规的bod测定需要5天的培养期，操作复杂、重复性差、耗时耗力、干扰性大，不宜现场监测，所以迫切需要一种操作简单、快速准确、自动化程度高、适用广的新方法来测定。目前，有研究人员分离了两种新的酵母菌种spt1和spt2，并将其固定在玻璃碳极上以构成微生物传感器用于测量bod，其重复性在±10%以内。将该传感器用于测量纸浆厂污水中bod的测定，其测量最小值可达2 mg/l，所用时间为5min[3]。还有一种新的微生物传感器，用耐高渗透压的酵母菌种作为敏感材料，在高渗透压下可以正常工作。并且其菌株可长期干燥保存，浸泡后即恢复活性，为海水中bod的测定提供了快捷简便的方法[4]。 除了微生物传感器，还有一种光纤生物传感器已经研制出来用于测定河水中较低的bod值。该传感器的反应时间是15min，最适工作条件为30°c，ph=7。这个传感器系统几乎不受氯离子的影响（在1000mg/l范围内），并且不被重金属（fe3+、cu2+、mn2+、cr3+、zn2+）所影响。该传感器已经应用于河水bod的测定，并且获得了较好的结果[4]。现在有一种将bod生物传感器经过光处理（即以tio2作为半导体，用6 w灯照射约4min）后，灵敏度大大提高，很适用于河水中较低bod的测量[5]。同时，一种紧凑的光学生物传感器已经发展出来用于同时测量多重样品的bod值。它使用三对发光二极管和硅光电二极管，假单胞细菌（pseudomonas fluorescens）用光致交联的树脂固定在反应器的底层，该测量方法既迅速又简便，在4℃下可使用六周，已经用于工厂废水处理的过程中[5]。(2). 各种污染物的测定常用的重要污染指标有氨、亚硝酸盐、硫化物、磷酸盐、致癌物质与致变物质、重金属离子、酚类化合物、表面活性剂等物质的浓度。目前已经研制出了多种测量各类污染物的生物传感器并已投入实际应用中了。测量氨和硝酸盐的微生物传感器，多是用从废水处理装置中分离出来的硝化细菌和氧电极组合构成。目前有一种微生物传感器可以在黑暗和有光的条件下测量硝酸盐和亚硝酸盐(nox-)，它在盐环境下的测量使得它可以不受其他种类的氮的氧化物的影响。用它对河口的nox-进行了测量，其效果较好[6]。硫化物的测定是用从硫铁矿附近酸性土壤中分离筛选得到的专性、自养、好氧性氧化硫硫杆菌制成的微生物传感器。在ph=、31℃时一周测量200余次，活性保持不变，两周后活性降低20%。传感器寿命为7天，其设备简单，成本低，操作方便。目前还有用一种光微生物电极测硫化物含量，所用细菌是，与氢电极连接构成[7]。最近科学家们在污染区分离出一种能够发荧光的细菌，此种细菌含有荧光基因，在污染源的刺激下能够产生荧光蛋白，从而发出荧光。可以通过遗传工程的方法将这种基因导入合适的细菌内，制成微生物传感器，用于环境监测。现在已经将荧光素酶导入大肠杆菌（）中，用来检测砷的有毒化合物[8]。水体中酚类和表面活性剂的浓度测定已经有了很大的发展。目前，有9种革兰氏阴性细菌从西西伯利亚石油盆地的土壤中分离出来，以酚作为唯一的碳源和能源。这些菌种可以提高生物传感器的感受器部分的灵敏度。它对酚的监测极限为5 ´10-9mol。该传感器工作的最适条件为：ph=、35℃，连续工作时间为30h[9]。还有一种假单胞菌属（pseudomonas rathonis）制成的测量表面活性剂浓度的电流型生物传感器，将微生物细胞固定在凝胶（琼脂、琼脂糖和海藻酸钙盐）和聚乙醇膜上，可以用层析试纸gf/a，或者是谷氨酸醛引起的微生物细胞在凝胶中的交联，长距离的保持它们在高浓度表面活性剂检测中的活性和生长力。该传感器能在测量结束后很快的恢复敏感元件的活性[10]。还有一种电流式生物传感器，用于测定有机磷杀虫剂，使用的是人造酶。利用有机磷杀虫剂水解酶，对硝基酚和二乙基酚的测量极限为100´10-9mol，在40℃只要4min[11]。还有一种新发展起来的磷酸盐生物传感器，使用丙酮酸氧化酶g，与自动系统cl-fia台式电脑结合，可以检测(32~96)´10-9mol的磷酸盐，在25°c下可以使用两周以上，重复性高[12]。最近，有一种新型的微生物传感器，用细菌细胞作为生物组成部分，测定地表水中壬基酚（nonyl-phenol etoxylate --np-80e）的含量。用一个电流型氧电极作传感器，微生物细胞固定在氧电极上的透析膜上，其测量原理是测量毛孢子菌属（trichosporum grablata）细胞的呼吸活性。该生物传感器的反应时间为15~20min，寿命为7~10天（用于连续测定时）。在浓度范围内，电信号与np-80e浓度呈线性关系，很适合于污染的地表水中分子表面活性剂的检测[13]。除此之外，污水中重金属离子浓度的测定也是不容忽视的。目前已经成功设计了一个完整的，基于固定化微生物和生物体发光测量技术上的重金属离子生物有效性测定的监测和分析系统。将弧菌属细菌（vibrio fischeri）体内的一个操纵子在一个铜诱导启动子的控制下导入产碱杆菌属细菌（alcaligenes eutrophus (ae1239)）中，细菌在铜离子的诱导下发光，发光程度与离子浓度成正比。将微生物和光纤一起包埋在聚合物基质中，可以获得灵敏度高、选择性好、测量范围广、储藏稳定性强的生物传感器。目前，这种微生物传感器可以达到最低测量浓度1´10-9mol[14]。还有一种专门测量铜离子的电流型微生物传感器。它用酒酿酵母（saccharomyces cerevisiae）重组菌株作为生物元件，这些菌株带有酒酿酵母cup1基因上的铜离子诱导启动子与大肠杆菌lacz基因的融合体。其工作原理，首先是cup1启动子被cu2+诱导，随后乳糖被用作底物进行测量。如果cu2+存在于溶液中，这些重组体细菌就可以利用乳糖作为碳源，这将导致这些好氧细胞需氧量的改变。该生物传感器可以在浓度范围()´10-3mol范围内测定cuso4溶液。目前已经将各类金属离子诱导启动子转入大肠杆菌中，使得大肠杆菌会在含有各种金属离子的的溶液中出现发光反应。根据它发光的强度可以测定重金属离子的浓度，其测量范围可以从纳摩尔到微摩尔，所需时间为60~100min[15][16]。用于测量污水中锌浓度的生物传感器也已经研制成功，使用嗜碱性细菌alcaligenes cutrophus，并用于对污水中锌的浓度和生物有效性进行测量，其结果令人满意[17]。估测河口出水流污染情况的海藻传感器是由一种螺旋藻属蓝细菌（ cyanobacterium spirlina subsalsa）和一个气敏电极构成的。通过监测光合作用被抑制的程度来估测由于环境污染物的存在而引起水的毒性变化。以标准天然水为介质，对三种主要污染物（重金属、除草剂、氨基甲酸盐杀虫剂）的不同浓度进行了测定，均可监测到它们的有毒反应，重复性和再生性都很高[18]。近来由于聚合酶链式反应技术（pcr）的迅猛发展及其在环境监测方面的广泛应用，不少科学家开始着手于将它与生物传感器技术结合应用。有一种应用pcr技术的dna压电生物传感器，可以测定一种特殊的细菌毒素。将生物素酰化的探针固定在装有链酶抗生素铂金表面的石英晶体上，用1´10-6mol的盐酸可以使循环式测量在同一晶体表面进行。用细菌中提取的dna样品进行同样的杂交反应并由pcr放大，产物为气单胞菌属（aeromonas hydrophila）的一种特殊基因片断。这种压电生物传感器可以鉴别样品中是否含有这种基因，这为从水样中检测是否含带有这种病原的各种气单胞菌提供了可能[19]。还有一种通道生物传感器可以检测浮游植物和水母等生物体产生的腰鞭毛虫神经毒素等毒性物质，目前已经能够测量在一个浮游生物细胞内含有的极微量的psp毒素[20]。dna传感器也在迅速的得到应用，目前有一种小型化dna生物传感器，能将dna识别信号转换为电信号，用于测量水样中隐孢子和其他水源传染体。该传感器着重于改进核酸的识别作用和加强该传感器的特异性和灵敏性，并寻求将杂交信号转化为有用信号的新方法，目前研究工作为识别装置和转换装置的一体化[21]。微藻素是一种从蓝藻细菌引起的水华中产生的细菌肝毒素，一种固定有表面细胞质粒基因组的生物传感器已经制得，用于测量水中微藻素的含量，它直接的测量范围是50~1000 ´10-6g/l[22]。 一种基于酶的抑制性分析的多重生物传感器用于测量毒性物质的设想也已经提出。在这种多重生物传感器中，应用了两种传导器―对ph敏感的电子晶体管和热敏性的薄膜电极，以及三种酶―尿素酶、乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶。该生物传感器的性能已经得到测试，效果较好[23]。除了发酵工业和环境监测，生物传感器还深入的应用于食品工程、临床医学、军事及军事医学等领域，主要用于测量葡萄糖、乙酸、乳酸、乳糖、尿酸、尿素、抗生素、谷氨酸等各种氨基酸，以及各种致癌和致变物质。三、 讨论与展望 美国的harold 指出，生物传感器商品化要具备以下几个条件：足够的敏感性和准确性、易操作、价格便宜、易于批量生产、生产过程中进行质量监测。其中，价格便宜决定了传感器在市场上有无竞争力。而在各种生物传感器中，微生物传感器最大的优点就是成本低、操作简便、设备简单，因此其在市场上的前景是十分巨大和诱人的。相比起来，酶生物传感器等的价格就比较昂贵。但微生物传感器也有其自身的缺点，主要的缺点就是选择性不够好，这是由于在微生物细胞中含有多种酶引起的。现已有报道加专门抑制剂以解决微生物电极的选择性问题。除此之外，微生物固定化方法也需要进一步完善，首先要尽可能保证细胞的活性，其次细胞与基础膜结合要牢固，以避免细胞的流失。另外，微生物膜的长期保存问题也待进一步的改进，否则难于实现大规模的商品化。 总之，常用的微生物电极和酶电极在各种应用中各有其优越之处。若容易获得稳定、高活性、低成本的游离酶，则酶电极对使用者来说是最理想的。相反的，若生物催化需经过复杂途径，需要辅酶，或所需酶不宜分离或不稳定时，微生物电极则是更理想的选择。而其他各种形式的生物传感器也在蓬勃发展中，其应用也越来越广泛。随着固定化技术的进一步完善，随着人们对生物体认识的不断深入，生物传感器必将在市场上开辟出一片新的天地。--------------------------------------------------------------------------------参考文献[1]韩树波，郭光美，李新等.伏安型细菌总数生物传感器的研究与应用[j].华夏医学，2000，63（2）：49-52 [2]蔡豪斌.微生物活细胞检测生物传感器的研究[j]. 华夏医学，2000，13（3）：252-256[3] trosok sp, driscoll bt, luong jht mediated microbial biosensor using a novel yeast strain for wastewater bod measurement[j]. applied micreobiology and biotechnology，2001， 56 (3-4): 550-554 [4] 张悦,王建龙，李花子等.生物传感器快速测定bod在海洋监测中的应用[j].海洋环境科学，2001，20(1)：50-54[5] yoshida n, mcniven sj, yoshida a, compact optical system for multi-determination of biochemical oxygen demand using disposable strips[j]. field analytical chemistry and technology，2001，5 (5): 222-227[6] meyer rl, kjaer t, revsbech np. use of nox- microsensors to estimate the activity of sediment nitrification and nox- consumption along an 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快速检测水中重金属毕业论文
光谱法
光谱法主要包括原子吸收光谱法、原子荧光光谱法和电感耦合等离子体法。其中前二者检测的基本组件构成相同,分光系统、检测系统完全相同,见图1。
（1） 原子吸收光谱法
原子吸收光谱法是基于气态的原子外层电子对紫外光和可见光进行吸收为基础的分析方法。因此样品需要原子化,即通过原子化器提供合适的能量将试样中的被测元素转变为处于基态的原子。根据原子化器的作用不同将原子吸收光谱法分为火焰原子吸收光谱法( FAAS) 、石墨炉原子吸收光谱法( GFASS) 、冷原子吸收光谱法( CVASS) 和电热原子吸收光谱法( ETAAS) 。而原子吸收光谱法的技术和分析方法成熟,几乎涵盖了所有元素分析的领域。但是多种元素必须用相应的光源进行原子激发,而环境中的水含有大量不同种类的离子,分析物离子含量往往较低。给检测带来一定的困难。因此样品需要预处理,提高灵敏度和准确度,例如溶剂萃取、浊点萃取、固相萃取、电沉积、协同沉淀、膜过滤方法。固相萃取操作方便,且相比较液液萃取,有机试剂用量大为减少。Wadhwa等用FAAS 检测水中的铜和铅,以聚丁酸-b-聚乙二酸为吸附剂,用固相萃取的方法对样品进行富集。不仅消除钾、钠、铜、铅、铁、镍和锰等重金属离子和Cl-、SO42-离子的干扰,使回收率≥95%,同时使得吸附剂可以重复使用250 次,呈现较好的检测重复性。Ebrahimzadeh等以2-氨基吡啶作为Pb的模板制备印迹聚合物
作为固相萃取中的固相,富集蒸馏水、自来水以及海水中铅。该法对相同电荷和半径类似的离子均有很高的特异性,4 000 倍铅浓度的K+、Na+ 和1 000倍铅浓度的Mg2+、Ca2+、Co2+、Ni2+条件下铅的回收率在94. 9% —— 99%,有效减少其他离子的干扰。适用于环境中的水样检测。但是固相萃取吸附和洗脱操作比较耗时,且待测水样须过滤,否则可能发生堵塞影响实际水样中重金属离子的富集。而利用纳米磁性颗粒作为固相萃取中的吸附剂目前得到了一定应用。纳米颗粒突出的原子基团易和金属离子螯合,利用材料的磁性,分离和浓缩比其他的固相萃取方法简单、方便、快捷。但是这种裸露的纳米材料没有特异性,易受干扰离子的影响。所以需要改性,即对其表面进行修饰。现研究有对磁性颗粒Fe3O4修饰十六烷基三甲氧基溴化铵,对磁铁矿纳米粒子修饰了丁二酮肟合钴/十二烷基硫酸钠氧化铝,在氧化三铁纳米颗粒上包覆修饰锌试剂的二氧化硅,提高了其专一性,取得了良好的检测效果。
（2）原子荧光光谱法
原子荧光光谱法是对原子在辐射能激发下发射的荧光强度进行定量分析的发射光谱分析法。该法具有很高的灵敏度,且能进行多元素同时测定。但是存在荧光猝灭效应、散射光的干扰、用于复杂基体的样品测定比较困难等问题,因此通常需对分析样品进行分离纯化。
Guzman-Mar 等联合分子筛层析和原子荧光光谱法检测了环境水样中的无机汞、甲基汞和乙基汞。利用分子筛层析有效分离不同状态的汞,紫外光辐射氧化,在酸性条件下被氯化亚锡还原成原子化用于荧光检测。该分离方法高效,解决了传统高效液相色谱法流动相和固定相之间传质慢以及反压不断上升的问题,分离时间仅需10 min,检测限分别为 μg /L,相对标准偏差为2. 4% ——4. 0%,回收率> 96%,符合并提高了环境检测的要求并提高了检测效率。Wu 等以吡咯烷二硫代氨基甲酸铵作为固相萃取柱的表面吸附剂结合原子荧光联用检测自然界中水样中的As3+和Sb3+。检测限分别为0. 003 8,0. 002 1 μg /L,优于ICP-MS 法。相对标准偏差< 5%,检测具有很好的重复性。Zhou等用原子荧光法检测水样中的铅前,用分散液液微萃取的方法处理获得0. 000 95 μg/L的检测限以及92. 9% —— 97. 4%的回收率,且绝大多数离子不影响铅的富集( Cu2+ 和Ni2+略有影响) 。这使得该法能够应用的废水中铅的检测。该法消耗有机试剂少,是一种环境友好型的检测手段。
（3）电感耦合等离子体法
电感耦合等离子体法测定水中的重金属主要包括电感耦合等离子体质谱法( ICP-MS) 法和电感耦合等离子发射光谱法( ICP-AES) 。前者是利用电感耦合等离子体使样品原子化,待测金属元素进入质谱,通过测定荷质比进行定性和定量分析; 后者是利用高频电流产生的高温将反应气加热并电离,利用元素发出的特征谱线进行测定。检测流程见图2。电感耦合等离子体法可以对多种元素同时进行检测。
Ardini等通过向海水样品加入氨和氢氧化镁,调节pH,使预检测的元素Cr、Fe、Mn、Pb和Zn沉积,然后将沉淀溶解再进行ICP-MS 检测,检测限分别为. 012 μg /L,标准偏差在3%——16%。该法检测简单、迅速、成本低,并且具有较好的精确度,良好的实用价值。但是该法对沉淀不敏感的元素如Cd、Co不适合。因此更广泛的应用有待进一步的研究。Chen等将阳离子交换色谱和ICP-MS 联用,检测海水和海鱼中的汞。检测限分别为 μg /L。相对标准偏差< 3%,回收率为96% —— 102%,该法分离不同状态的汞速度快,比一般的分离方法快2 倍,因此不仅提高检测效率,减少流动相用量,同时也降低了联合检测时ICP-MS中Ar的消耗,满足绿色检测中环保高效的要求。Escudero等采用液液微萃取的方法,先让待测元素铊和氯离子结合形成[TlCl4]-,用十四烷基( 三己基) 氯化鏻离子溶液作为萃取剂提取[TlCl4]-,最后再加入*和乙醇。使富含铊( I) 的上层水相和富含铊(III) 的有机分离进而用来ICP-MS 检测。检测限为 4 μg/L,相对标准偏差分别为,目前该法应用到河水和自来水中的检测,对铊的回收率> 95%。该法分离速度快,且消耗有机试剂少,是一种值得开发应用的技术。Yilmaz等以Cu2+为模板离子,硫代甲基丙烯酰胺为功能单体制备Cu2+离子印迹聚合物,特异性的结合海水中的Cu2+。模板的特异性结合使得该法能够有效纯化样品,排除Cd、Co、Cr、Fe、Mn、Ni、Pb、Zn 的干扰。检测限为 μg /L,相对标准偏差是,回收率是91% —— 96%。离子印迹聚合物稳定且可以重复使用,该法检测限适合检测复杂样品中的Cu2+。
电化学法
电化学法主要为溶出伏安法( DPASV) 。该法是利用两个电极在一定电压条件下,先将溶液中的待测元素还原使其电沉积,再通入反向电压,使沉积在电极表面的重金属离子氧化溶解,形成峰电流,电流大小和被测金属离子浓度成正比。有的虽然能够达到检测要求,但是通电时间较长。Chen 等用铋涂层多孔碳电极检测自然界中水样中Pb2+和Cd2+。仅耗时5 min 即可实现,Pb2+和Cd2+ μg/L的检测限。该法操作简单,但Cu2+能和Bi3+ 争夺电极表面位点对结果产生干扰。Es'haghi等[19]将溶胶-凝胶技术融合到传统固相微萃取技术( SPME) ,使用中空纤维作为固定相,利用其内部的多孔性以及材质的硬度和吸附性对水样中痕量重金属进行富集铅和镉,然后进行DPASV检测。检测限相对一般的溶出伏安法得到大幅度提高,分别为0. 015, μg/L,富集倍数达2 440 倍以上。但是分离待测元素需耗时1 h。Wei 等用氨气等离子体处理多壁碳纳米管,该碳纳米管能够捕获金属离子并同时作为电极进行检测。在不同的反向电压下检测水中的Zn2+、Cd2+、Cu2+、Hg2+。该处理使得检测限分别为 8 μg/L,远远超出国家饮用水检测标准要求,耗时仅150 s,优于法。
生物化学法
（1）酶抑制法
重金属离子和酶活中心的活性部位结合,占据部分活性位点,引发酶活力的降低,从而影响酶和底物的反应。反应变化和重金属的含量具有相关性,可达到良好的检测效果,检测限比光谱法和电化学法偏低,但其能够达到国家标准检测要求。目前已有过氧化氢酶、葡萄糖氧化酶、脲酶、磷酸酯酶用于重金属的检测,但是酶的种类仍需要开发。Guo等利用Cu2+对醇氧化酶活性的抑制作用,结合甲醇被醇氧化酶催化产生的过氧化氢能够使碲化镉量子点荧光信号降低,实现Cu2+的检测。检测限为0. 176 μg /L。在实际应用中比较该法和ICP 法对废水、农业灌溉用水、湖水中的铜的检测,回收率均在——,相对标准偏差均<5%。因此该法可作为环境水样中Cu 的一种快速检测的可靠方法。
（2）核酸适配体检测法
利用核酸适配体检测重金属是近年来研究的热点。核酸适配体检测重金属具有较好的检测稳定性、检测成本低、适配体序列自行设计的广泛应用性。目前,基于功能核酸的Hg2+、Cu2+、Pb2+、K+的传感器都已经有一些文献报道。曹阳利用修饰有荧光基团的适配体与Ag + 发生特异性的结合,生成C-Ag-C 的双链结构,避免了石墨烯对单链DNA 上荧光基团的猝灭作用,提高了荧光信号噪比,对Ag+的检测限可达 μg/L。Chung 等将富含G 碱基和T 碱基的DNA 序列固定在纳米金表面上,检测体液中Pb2+和Hg2+。该法较好的固定游离在水溶液中的DNA,从而有效的降低DNA 的降解,并且在较宽的波长范围里纳米金颗粒具有较优的荧光猝灭效率。结果表明,即使在DNA 酶存在的条件下,能够同时检测水溶液中的Pb2+、Hg2+。检测限分别为0. 026, μg/L。在体液富含K+和Na+条件下,检测仍不受影响。Chen 等将固定有大量适配体的纳米金作为电传感元件,检测湖水中的Cu2+。检测限达到×10-6 μg/L,检测限极低。但Ca2+、Co2+、Mg2+、Ni2+、Pb2+、Sn2+、Zn2+对电化学检测信号干扰率在10%左右,因此抗干扰率有待提高。
（3）免疫检测技术
免疫检测技术是基于抗原抗体特异性反应建立起来的一种生物化学分析方法。重金属免疫检测技术的检测速度快、灵敏度高、特异性强,检测的精确度主要取决于抗体和抗原之间的结合程度。但金属离子很难直接作为抗原结合抗体,它需要螯合剂,通过螯合剂再结合蛋白质进而引起免疫反应得到相应的抗体。因此,开发新型螯合剂并筛选出特异性好的单克隆抗体随着近几年化学、重组单克隆抗体和基因重组科学的发展得到不断改进。
Zhou 等用酶联免疫吸附法检测矿泉水、自来水和湖水中的Hg2+、Pb2+、Cd2+离子。该法将3种重金属完全抗原和3 条单克隆抗体放在一个ELISA 系统中,创新的实现了对这3 种金属离子一次性的检测,检测限分别为. 807, μg/L,回收率> 92%。和ICP-MS 相比具有与之媲美的检测效果。在免疫检测基础上发展的金标法在水溶液中重金属检测近些年得到广泛关注。Liu 等通过纳米金离子包被单克隆抗体制备出的金标试纸能够快速、准确的检测水和血清样品中的铬离子。将抗Cr3+-EDTA 单克隆抗体标记到金颗粒后,包被于玻璃纤维上,同时把Cr3+ -EDTA-BSA抗原毓羊抗鼠IgG二抗分别结合于硝酸纤维薄膜上作为检测线和质控线。通过表面颜色观察到的最低检测浓度达50 μg /L。将试纸条改进,加入一个阅读器,最低检测限为5 μg/L。该法还能够分别检测出三价和六价铬,对其他离子具有抗干扰能力。在37 ℃条件下可保存使用84 d,表现了较好的稳定性。检测时间仅耗时不到5 min。因此是一例检测重金属的成功应用。Zhou 等制备的金标试纸能够同时检测水样中的Hg2+、Cd2+、Pb2+ ,用肉眼观察试纸颜色的检测限分别为1. 6, μg /L,检测时间<10 min。较检测效果好,且同时可以检测3 种金属。但是保存条件较之严格,需在4 ℃条件下,可存贮8 周。Zhu 等创新设计的胶体金垫是纳米金和富含T 碱基的适配体的探针,利用该适配体特异性结合Hg2+,形成的空间结构改变纳米金的颜色,在纸条上有颜色显示,对饮用水中的Hg2+检测限达 μg/L,极大的改善一般金标试纸检测汞检测限,并且在100 μg/L 干扰离子条件下检测不受影响。同时适配体相对于抗体稳定,因此该法较中金标试纸优。
全文地址 摘要：简述了生物传感器尤其是微生物传感器近年来在发酵工业及环境监测领域中的研究与应用，对其发展前景及市场化作了预测及展望。生物电极是以固定化生物体组成作为分子识别元件的敏感材料，与氧电极、膜电极和燃料电极等构成生物传感器，在发酵工业、环境监测、食品监测、临床医学等方面得到广泛的应用。生物传感器专一性好、易操作、设备简单、测量快速准确、适用范围广。随着固定化技术的发展，生物传感器在市场上具有极强的竞争力。关键词：生物传感器；发酵工业；环境监测。一、 引言从1962年，Clark和Lyons最先提出生物传感器的设想距今已有40 年。生物传感器在发酵工艺、环境监测、食品工程、临床医学、军事及军事医学等方面得到了深度重视和广泛应用。在最初15年里，生物传感器主要是以研制酶电极制作的生物传感器为主，但是由于酶的价格昂贵并不够稳定，因此以酶作为敏感材料的传感器，其应用受到一定的限制。近些年来，微生物固定化技术的不断发展，产生了微生物电极。微生物电极以微生物活体作为分子识别元件，与酶电极相比有其独到之处。它可以克服价格昂贵、提取困难及不稳定等弱点。此外，还可以同时利用微生物体内的辅酶处理复杂反应。而目前，光纤生物传感器的应用也越来越广泛。而且随着聚合酶链式反应技术（PCR）的发展，应用PCR的DNA生物传感器也越来越多。二、 研究现状及主要应用领域1、 发酵工业各种生物传感器中，微生物传感器最适合发酵工业的测定。因为发酵过程中常存在对酶的干扰物质，并且发酵液往往不是清澈透明的，不适用于光谱等方法测定。而应用微生物传感器则极有可能消除干扰，并且不受发酵液混浊程度的限制。同时，由于发酵工业是大规模的生产，微生物传感器其成本低设备简单的特点使其具有极大的优势。(1). 原材料及代谢产物的测定微生物传感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的测定，代谢产物如头孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇类、青霉素、乳酸等的测定。测量的原理基本上都是用适合的微生物电极与氧电极组成，利用微生物的同化作用耗氧，通过测量氧电极电流的变化量来测量氧气的减少量，从而达到测量底物浓度的目的。在各种原材料中葡萄糖的测定对过程控制尤其重要，用荧光假单胞菌（Psoudomonas fluorescens）代谢消耗葡萄糖的作用，通过氧电极进行检测，可以估计葡萄糖的浓度。这种微生物电极和葡萄糖酶电极型相比，测定结果是类似的，而微生物电极灵敏度高，重复实用性好，而且不必使用昂贵的葡萄糖酶。当乙酸用作碳源进行微生物培养时，乙酸含量高于某一浓度会抑制微生物的生长，因此需要在线测定。用固定化酵母（Trichosporon brassicae），透气膜和氧电极组成的微生物传感器可以测定乙酸的浓度。此外，还有用大肠杆菌（）组合二氧化碳气敏电极，可以构成测定谷氨酸的微生物传感器，将柠檬酸杆菌完整细胞固定化在胶原蛋白膜内，由细菌—胶原蛋白膜反应器和组合式玻璃电极构成的微生物传感器可应用于发酵液中头孢酶素的测定等等。(2). 微生物细胞总数的测定在发酵控制方面，一直需要直接测定细胞数目的简单而连续的方法。人们发现在阳极表面，细菌可以直接被氧化并产生电流。这种电化学系统已应用于细胞数目的测定，其结果与传统的菌斑计数法测细胞数是相同的[1]。(3). 代谢试验的鉴定传统的微生物代谢类型的鉴定都是根据微生物在某种培养基上的生长情况进行的。这些实验方法需要较长的培养时间和专门的技术。微生物对底物的同化作用可以通过其呼吸活性进行测定。用氧电极可以直接测量微生物的呼吸活性。因此，可以用微生物传感器来测定微生物的代谢特征。这个系统已用于微生物的简单鉴定、微生物培养基的选择、微生物酶活性的测定、废水中可被生物降解的物质估计、用于废水处理的微生物选择、活性污泥的同化作用试验、生物降解物的确定、微生物的保存方法选择等[2]。2、 环境监测(1). 生化需氧量的测定生化需氧量（biochemical oxygen demand –BOD）的测定是监测水体被有机物污染状况的最常用指标。常规的BOD测定需要5天的培养期，操作复杂、重复性差、耗时耗力、干扰性大，不宜现场监测，所以迫切需要一种操作简单、快速准确、自动化程度高、适用广的新方法来测定。目前，有研究人员分离了两种新的酵母菌种SPT1和SPT2，并将其固定在玻璃碳极上以构成微生物传感器用于测量BOD，其重复性在±10%以内。将该传感器用于测量纸浆厂污水中BOD的测定，其测量最小值可达2 mg/l，所用时间为5min[3]。还有一种新的微生物传感器，用耐高渗透压的酵母菌种作为敏感材料，在高渗透压下可以正常工作。并且其菌株可长期干燥保存，浸泡后即恢复活性，为海水中BOD的测定提供了快捷简便的方法[4]。除了微生物传感器，还有一种光纤生物传感器已经研制出来用于测定河水中较低的BOD值。该传感器的反应时间是15min，最适工作条件为30°C，pH=7。这个传感器系统几乎不受氯离子的影响（在1000mg/l范围内），并且不被重金属（Fe3+、Cu2+、Mn2+、Cr3+、Zn2+）所影响。该传感器已经应用于河水BOD的测定，并且获得了较好的结果[4]。现在有一种将BOD生物传感器经过光处理（即以TiO2作为半导体，用6 W灯照射约4min）后，灵敏度大大提高，很适用于河水中较低BOD的测量[5]。同时，一种紧凑的光学生物传感器已经发展出来用于同时测量多重样品的BOD值。它使用三对发光二极管和硅光电二极管，假单胞细菌（Pseudomonas fluorescens）用光致交联的树脂固定在反应器的底层，该测量方法既迅速又简便，在4℃下可使用六周，已经用于工厂废水处理的过程中[5]。(2). 各种污染物的测定常用的重要污染指标有氨、亚硝酸盐、硫化物、磷酸盐、致癌物质与致变物质、重金属离子、酚类化合物、表面活性剂等物质的浓度。目前已经研制出了多种测量各类污染物的生物传感器并已投入实际应用中了。测量氨和硝酸盐的微生物传感器，多是用从废水处理装置中分离出来的硝化细菌和氧电极组合构成。目前有一种微生物传感器可以在黑暗和有光的条件下测量硝酸盐和亚硝酸盐(NOx-)，它在盐环境下的测量使得它可以不受其他种类的氮的氧化物的影响。用它对河口的NOx-进行了测量，其效果较好[6]。硫化物的测定是用从硫铁矿附近酸性土壤中分离筛选得到的专性、自养、好氧性氧化硫硫杆菌制成的微生物传感器。在pH=、31℃时一周测量200余次，活性保持不变，两周后活性降低20%。传感器寿命为7天，其设备简单，成本低，操作方便。目前还有用一种光微生物电极测硫化物含量，所用细菌是，与氢电极连接构成[7]。最近科学家们在污染区分离出一种能够发荧光的细菌，此种细菌含有荧光基因，在污染源的刺激下能够产生荧光蛋白，从而发出荧光。可以通过遗传工程的方法将这种基因导入合适的细菌内，制成微生物传感器，用于环境监测。现在已经将荧光素酶导入大肠杆菌（）中，用来检测砷的有毒化合物[8]。水体中酚类和表面活性剂的浓度测定已经有了很大的发展。目前，有9种革兰氏阴性细菌从西西伯利亚石油盆地的土壤中分离出来，以酚作为唯一的碳源和能源。这些菌种可以提高生物传感器的感受器部分的灵敏度。它对酚的监测极限为5 ´10-9mol。该传感器工作的最适条件为：pH=、35℃，连续工作时间为30h[9]。还有一种假单胞菌属（Pseudomonas rathonis）制成的测量表面活性剂浓度的电流型生物传感器，将微生物细胞固定在凝胶（琼脂、琼脂糖和海藻酸钙盐）和聚乙醇膜上，可以用层析试纸GF/A，或者是谷氨酸醛引起的微生物细胞在凝胶中的交联，长距离的保持它们在高浓度表面活性剂检测中的活性和生长力。该传感器能在测量结束后很快的恢复敏感元件的活性[10]。还有一种电流式生物传感器，用于测定有机磷杀虫剂，使用的是人造酶。利用有机磷杀虫剂水解酶，对硝基酚和二乙基酚的测量极限为100´10-9mol，在40℃只要4min[11]。还有一种新发展起来的磷酸盐生物传感器，使用丙酮酸氧化酶G，与自动系统CL-FIA台式电脑结合，可以检测(32~96)´10-9mol的磷酸盐，在25°C下可以使用两周以上，重复性高[12]。最近，有一种新型的微生物传感器，用细菌细胞作为生物组成部分，测定地表水中壬基酚（nonyl-phenol etoxylate --NP-80E）的含量。用一个电流型氧电极作传感器，微生物细胞固定在氧电极上的透析膜上，其测量原理是测量毛孢子菌属（Trichosporum grablata）细胞的呼吸活性。该生物传感器的反应时间为15~20min，寿命为7~10天（用于连续测定时）。在浓度范围内，电信号与NP-80E浓度呈线性关系，很适合于污染的地表水中分子表面活性剂的检测[13]。除此之外，污水中重金属离子浓度的测定也是不容忽视的。目前已经成功设计了一个完整的，基于固定化微生物和生物体发光测量技术上的重金属离子生物有效性测定的监测和分析系统。将弧菌属细菌（Vibrio fischeri）体内的一个操纵子在一个铜诱导启动子的控制下导入产碱杆菌属细菌（Alcaligenes eutrophus (AE1239)）中，细菌在铜离子的诱导下发光，发光程度与离子浓度成正比。将微生物和光纤一起包埋在聚合物基质中，可以获得灵敏度高、选择性好、测量范围广、储藏稳定性强的生物传感器。目前，这种微生物传感器可以达到最低测量浓度1´10-9mol[14]。还有一种专门测量铜离子的电流型微生物传感器。它用酒酿酵母（Saccharomyces cerevisiae）重组菌株作为生物元件，这些菌株带有酒酿酵母CUP1基因上的铜离子诱导启动子与大肠杆菌lacZ基因的融合体。其工作原理，首先是CUP1启动子被Cu2+诱导，随后乳糖被用作底物进行测量。如果Cu2+存在于溶液中，这些重组体细菌就可以利用乳糖作为碳源，这将导致这些好氧细胞需氧量的改变。该生物传感器可以在浓度范围()´10-3mol范围内测定CuSO4溶液。目前已经将各类金属离子诱导启动子转入大肠杆菌中，使得大肠杆菌会在含有各种金属离子的的溶液中出现发光反应。根据它发光的强度可以测定重金属离子的浓度，其测量范围可以从纳摩尔到微摩尔，所需时间为60~100min[15][16]。用于测量污水中锌浓度的生物传感器也已经研制成功，使用嗜碱性细菌Alcaligenes cutrophus，并用于对污水中锌的浓度和生物有效性进行测量，其结果令人满意[17]。估测河口出水流污染情况的海藻传感器是由一种螺旋藻属蓝细菌（ cyanobacterium Spirlina subsalsa）和一个气敏电极构成的。通过监测光合作用被抑制的程度来估测由于环境污染物的存在而引起水的毒性变化。以标准天然水为介质，对三种主要污染物（重金属、除草剂、氨基甲酸盐杀虫剂）的不同浓度进行了测定，均可监测到它们的有毒反应，重复性和再生性都很高[18]。近来由于聚合酶链式反应技术（PCR）的迅猛发展及其在环境监测方面的广泛应用，不少科学家开始着手于将它与生物传感器技术结合应用。有一种应用PCR技术的DNA压电生物传感器，可以测定一种特殊的细菌毒素。将生物素酰化的探针固定在装有链酶抗生素铂金表面的石英晶体上，用1´10-6mol的盐酸可以使循环式测量在同一晶体表面进行。用细菌中提取的DNA样品进行同样的杂交反应并由PCR放大，产物为气单胞菌属（Aeromonas hydrophila）的一种特殊基因片断。这种压电生物传感器可以鉴别样品中是否含有这种基因，这为从水样中检测是否含带有这种病原的各种气单胞菌提供了可能[19]。还有一种通道生物传感器可以检测浮游植物和水母等生物体产生的腰鞭毛虫神经毒素等毒性物质，目前已经能够测量在一个浮游生物细胞内含有的极微量的PSP毒素[20]。DNA传感器也在迅速的得到应用，目前有一种小型化DNA生物传感器，能将DNA识别信号转换为电信号，用于测量水样中隐孢子和其他水源传染体。该传感器着重于改进核酸的识别作用和加强该传感器的特异性和灵敏性，并寻求将杂交信号转化为有用信号的新方法，目前研究工作为识别装置和转换装置的一体化[21]。
浅谈重金属检测传感器技术的应用论文
摘要： 随着经济的迅猛发展和社会的日新月异, 人们对重金属的开采及加工越来越频繁, 这使得不少重金属存在于大气水以及土壤中, 在很大程度上加重了环境污染, 科学技术的迅猛发展为重金属检测传感器技术的研究提供了很好的途径。针对上述背景下, 对重金属检测传感器技术研究与应用进行合理性阐述, 以促进重金属检测传感器技术的进一步发展。
关键词： 重金属检测; 传感器技术; 环境污染;
重金属污染是环境污染的一个重要组成部分, 重金属在自然界中广泛存在, 随着人类的开采、冶炼、加工活动而使得重金属转变成化学状态或化学形态广泛分布于大气、水、土壤中, 随着时间的积累而不断留存、迁移, 从而引发严重的环境污染问题;重金属甚至还会随着废水的排出而流入海洋中, 对鱼和贝类造成严重的危害;重金属还会附着在人类的鼻腔和食物上, 造成人类呼吸道感染和重金属中毒[1]。重金属具有沉积性和不可降解性, 是一种非常危险的污染源, 因此对于重金属的研究与检测是十分关键的。通过调查与研究, 发现重金属检测传感器技术主要分为离子选择性电极传感器技术、光纤化学传感器技术、生物传感器技术以及微电极矩阵传感器技术四个方面, 本文通过对这四种传感器技术在重金属检测中的研究与应用作简要分析, 以推动重金属检测传感器技术的发展。
1 离子选择性电极传感器技术。
离子选择性电极传感器技术是一种操作简单、性价比高、准确有效的重金属检测传感器技术。离子选择性电极传感器技术因为不需要提前对样品进行操作而被广泛应用于重金属的在线检测中。目前, 国内外学者对离子选择性电极传感器技术进行了大量的研究, 发现选择性高、经济简单的离子选择性电极主要分为基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极和基于流系玻璃膜的离子选择性电极两种[2]。
基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极。
目前在对基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极的研究中, 主要是对离子选择性电极的重金属离子的识别以及聚氯乙烯膜的结构和性能进行研究, 同时, 对不同的载体和膜增塑剂对离子选择性电极性能的影响作简要分析, 从而提高对重金属的识别能力。
基于流系玻璃膜的离子选择性电极。
基于硫系玻璃膜的离子选择性电极良好的红外线透过性是其他离子选择性电极无法相提并论的。许多发达国家都通过购买硫系玻璃膜的离子选择性电极来用于重金属检测工作。
2 光纤化学传感器技术。
对于光纤化学传感器技术的研究比离子选择性电极传感器技术的研究还要早, 光纤化学传感器技术的研究始于美国研究所, 从那以后, 许多国家都在实验室中对光纤化学传感器技术进行研究, 并应用到重金属检测中。陈雷等人对基于聚氯乙烯膜的光纤传感器进行研究并应用到铜离子的检测中, 取得了良好的效果[3]。李学强等人将注册分析法和激光激发荧光光谱技术应用到对金属离子传感器的研制中, 使我国饮用水中的重金属检测工作取得了很大的进展。
3 生物传感器技术。
第一个生物传感器始于Red String仪器公司。之后, 又在多个公司相继推出, 这些生物传感器主要是对人类血糖和尿糖中的重金属物质进行检测。重金属物质在人体中的留存和迁移会对人体的健康造成极大的威胁, 生物传感器可以与人体生物识别因素相互影响, 以达到对人体中的重金属含量进行检测, 从而预防重金属中毒的目的。通过研究发现, 生物传感器主要分为蛋白质为基础的'生物传感器以及整个细胞为基础的重金属传感器两种。
蛋白质为基础的生物传感器。
生物识别因素主要是促进消化的酶、防止病毒入侵的抗体、增强体质的金属键键合蛋白以及脱辅基酶蛋白质。以这几种生物识别因素为基础制作蛋白质为基础的生物传感器, 用来检测铜离子、锌离子、汞离子以及铅离子等金属离子。传统的生物传感器存在灵敏度低、选择性差等一系列缺点, 因此必须研制出选择性高的新型传感器来实现对重金属离子的检测, 这种新型传感器被称为蛋白质为基础的生物传感器。
整个细胞为基础的重金属传感器。
整个细胞为基础的重金属传感器可以实现对微型有机体生物标识的检测, 它具有所受干扰因素少、反应速度快等一系列优点, 可以实现对苔藓、海藻、酵母等海洋生物中的重金属的检测。随着生物医学和环境工程的蓬勃发展, 可以通过改进主传感器的途径来解决重金属检测过程中的干扰问题, 即在基因层次上设计细胞器。
4 结语。
综上所述, 本文通过对重金属检测传感器技术研究与应用进行分析, 主要从离子选择性电极传感器技术、光纤化学传感器技术、生物传感器技术以及微电极矩阵传感器技术这四个方面作简要分析, 为传感器检测技术在重金属中的研究与应用提供理论支持, 以减少重金属污染现象的发生。
参考文献
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[3]贾朔.边超, 佟建华, 等.基于纳米金Core-satellites等离子体耦合增强效应的汞离子光纤传感器的研究[J].分析化学, 2017, 45 (6) :785-790.
论文水体中重金属离子检测结果
重金属离子属于污染水体水质的有毒物质指标。
指水中重金属（如汞、镉、铅、铬、铜、锌、镍等）、农药（如六六六、DDT等）和其他有毒有害物质（砷、氰化物、氟化物、挥发性酚、石油类等）的浓度。品种繁多，检测内容视具体情况而定。
水质指标分三大类
1、物理性水质指标，包括温度、色度、嗅味、悬浮固体等。
2、化学性水质指标，如pH、溶解氧（DO）、化学需氧量、COD、生化需氧量、BOD、氨氮、总磷、重金属、氰化物、多环芳烃，各种农药等。
3、生物学水质指标，包括细菌总数、总大肠菌群数、各种病原细菌、病毒等。
1、选取两类农作物：一类为引用S河水灌溉的农田生产出的农作物，一类引用无污染河水灌溉农田生产出的农作物作对比；将两类农作物分别进行重金属含量检测，对比两者的重金属含量（因为重金属不会被植物消解，所以检测重金属含量是最好的方法）；2、选取至少两个河水样本：一个为洗煤厂下游的污染水样，另一为洗煤厂上游的未污染水样，对两者的SS和重金属含量等指标分别进行检测；3、请专家或引用论文引述重金属对人体的危害（重金属很难被动植物消解，会沉积在食物链中，国外也有重金属中毒的相关事例）。