試論傳感器技術在環境在線監測中的實際應用

摘 要：傳感器在環境檢測方面可以分為氣體傳感器和液體傳感器，其中氣體傳感器的主要檢測對象為氮氧化合物、含硫氧化物；液體傳感器則以重金屬離子、農藥、多環芳香烴類、生物來源類為檢測對象。綜述了近年來傳感器技術在環境檢測方面的應用研究進展。

關鍵詞：氣體傳感器 液體傳感器 環境檢測

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-0-01

隨著社會經濟的不斷發展，人們對環境質量的關注逐漸增多，在進行環境檢測的過程中，對相關環境監測設備以及儀器的要求也不斷提高，不僅要求其具有攜帶方便的特點，還應該具備對多種待測物進行長時間的動態監測功能。而近幾年來人們開發應用的新型傳感器技術已經很好適應了人們的

需求。

1 氣體傳感器的應用研究情況

氣體傳感器能夠有效的監測到大氣環境當中存在的各種污染物，例如含硫氧化合物等；同時也能夠對室內空氣的質量進行檢測，特別是一些受到嚴重污染的房屋中，都可以利用傳感器技術來提高環境檢測

效率。

本文以氮氧化物（NOx）為例進行闡述，一般該污染物質都是產生于汽車所排放出來的尾氣，隨著我國國民經濟的不斷發展，國內消費水平有了明顯的提高，極大的促進了汽車工業的發展，這就導致最近幾年以來汽車尾氣的排放量也在不斷的上升。而由于汽車尾氣含有大量的NO，在對該物質進行檢測的過程中可以直接使用金屬氧化物半導體。此外，目前在對大氣環境進行檢測時，酸雨是一個重點檢測項目，而酸雨的主要物質為含硫氧化物，該物質一般在大氣中的含量都不會超出1×10-6，所以在進行檢測的過程中對傳感器提出了更高的要求，確保其具有較高的靈敏度。

因此在實際檢測中，通過采用直徑在8～16 nm之間的納米顆粒，例如氧化鎢（WO3）、氧化錫（SnO2）以及氧化銦（In2O3）等，在對NO以及NO2進行檢測時限度一般都在5×10-8以下，符合大氣檢測的相關標準。因此，通過在傳感器中使用納米顆粒，能夠有效的增加反應面積，提高傳感器的反應靈敏度，而且該方法相對于常規使用的傳感器來說，能夠有效降低工作溫度，在一定程度上還可以節約能源耗費。

2 液體傳感器的應用研究情況

在對水體環境進行檢測時，一般都會使用液體傳感器。而在水環境當中，污染物的種類具有復雜多樣的特點，所以相比于氣體傳感器來說，液體傳感器的實用性更強，檢測效率相對更高一些。另外，水環境中存在的污染物不僅包括天然污染來源，很大一部分都是來自于人為因素造成的有機物以及無機物等。而常見的有機污染物主要有：激素類代謝物以及殺蟲劑等；無機物污染物中以重金屬離子為主。一旦以上污染物在水體中超標，會直接影響到水環境中所有生物體的生存，甚至會對人類的生命健康造成不良

影響。

2.1 對無機物中的重金屬離子檢測時采取的方法

一般重金屬離子的產生主要是由于采礦、印刷等企業在生產過程中排放出來的廢水引起的，因此重金屬離子的種類非常多，主要包括汞、鉻、以及錳、鉛等。生物體在水環境中如果攝取一定量的重金屬粒子，會不斷在體內富集，導致生物體中毒甚至死亡。而在進行重金屬離子處置的過程中，只能將其在形態上進行改變，無法徹底將其造成的毒害完全根除。

在檢測的時候可以使用一種能夠自動完成地下水樣抽取工作的傳感器，可以在分光光度計以及1，2-聯苯卡巴肼的作用下，有效對地下水重金屬鉻含量進行檢測。

此外，在對重金屬離子進行檢測時，不僅可以采用化學方法，還可以利用生物來源分子。大腸桿菌體內由于包含一種特殊的蛋白能夠有效的與鎳離子相結合，并淬滅熒光基團，而一般情況下熒光強度和鎳離子的濃度是呈反比的，可以對鎳離子進行定量檢測，具有較高的選擇性，而在發生交叉反應時一般也只是在Cu2+、Co2+等離子當中進行，不過相對于這些離子來說，傳感器對鎳離子的檢測信號要高出很多。

通過采用傳感器技術除了可以對待測物的濃度進行檢測，同時還能夠通過偶聯實現對多項指標檢測的目的。

2.2 對農藥殘留物質進行檢測時采取的

方法

農藥雖然能夠在短時間內抑制農林病蟲害，但是使用過多會危害到人畜的危害。根據相關文獻報道，一般農業的利用率只能達到10%，其余的都殘留到土地環境中，造成了嚴重的污染危害，在經過食物鏈的作用之后逐漸將農藥的有害物質轉移到人體內，對人類健康產生了極大的威脅。

在對農藥殘留物進行檢測的過程中，可以使用電流計或者鈷-苯二甲藍染料，有效檢測出最低限度為50 μg/L的三嗪類除草劑，通過采用一定的方式對樣品進行濃縮以后，檢測限度一般能夠上升到200 ng/L。

此外，在對殺蟲劑進行檢測的過程中，可以采用紅外光譜傳感器，該傳感器由于帶有光釬，可以有效抑制信號的耗散作用，從而通過提取有機磷類殺蟲劑來完成光譜分析工作。

2.3 對多環芳香烴類化合物進行檢測時采用的方法

多環芳香烴類物質（PAH）屬于一種污染性較強并且能夠致癌的物質，一般應用于多種工業企業生產過程中。由于水體中多環芳香烴類物質的含量一般在1×10-9的范圍以下，所以在檢測過程中需要采用具有較高靈敏度的傳感器，也就是現階段使用的光纖光學熒光傳感器。而在實際檢測程中由于待測物里含有一些干擾物質，對檢測信號值造成了一定的影響，因此需要采用聚合物膜將該物質富集起來進行熒光檢測，有效的避免了對信號產生的干擾。

3 結語

到目前為止，傳感器技術在各類型環境檢測部門中得到了廣泛的應用，不過仍然存在一定的局限性，例如在對大氣環境進行檢測的過程中，某些污染物的含量比傳感器的最低檢測限低很多，所以還需要進一步對氣體進行濃縮處理，避免其發生微型化。另外在進行野外水體檢測時，待測水體中由于含有大量的干擾成分，很難達到實驗室檢測中的標準化水平，嚴重干擾到了實際檢測值；此外，一些傳感器的工作原理主要采用了膜分離分析技術，而由于受到膜的壽命的限制，需要頻繁的更換新膜，極大程度的增加了檢測費用，在一定程度上限制了該技術的推廣應用。但是，從另一方面來說，隨著傳感器技術的進一步完善，仍然有很大可能廣泛的應用于工業企業的排污現場，實現對污染物的直接、動態以及無人檢測的目的，確保檢測結果能夠和實驗室標準條件下的檢測結果達到一致。

參考文獻

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