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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]。

1.1 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。

1.2 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。

3.1 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。

3.2 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.

曲士良：教授(3级)、博导。哈尔滨工业大学第五届优秀博士论文获得者，中科院上海光机所优秀博士后，山东省有突出贡献的中青年专家，哈工大激光与光子技术创新团队带头人。现主要从事激光技术、超快光子技术的研究工作。在超短脉冲激光精微加工、光通讯器件的制备、细胞等微小粒子操控、超快非线性光学、光功能材料制备等研究方向上取得代表性成果。2001年至今，以第1、2作者身份，在Opt. Lett.等国际高水平刊物上发表SCI论文50余篇，H因子12,被国际同行引用300余次；申请15项国家发明专利。以负责人身份承担国家科技支撑计划等项目10余项。获浙江省科学技术二等奖等各项奖励10余项。兼任山东省第三届学位委员会委员、中国宇航学会光电子技术专业委员会常委、《红外与激光工程》编委、山东物理学会常务理事、威海校区校教授委员会副主任等。陈相君:教授，博士生导师，北京大学地球物理系毕业，华中师大理学博士。主要从事粒子物理、量子光学等科研工作。目前承担国家自然科学基金等多项课题，发表SCI论文20余篇。 刘树田：教授,理学博士，博士生导师，黑龙江省物理学会理事长，美国光学学会会员。近年来在Opt. Lett.等国际高水平刊物上，发表SCI论文100余篇，被他人引用300余次。目前主要从事非线性光学信息处理等的研究工作。傅石友：教授，硕士生导师，中科院物理所理学博士，主要从事凝聚态物理和光谱学方面的研究，已发表文章10余篇。2000年至今，承担各类研究项目3项。目前任哈尔滨工业大学(威海)副校长。郭冠军：教授，硕士生导师，中科院博士、博士后，中科院院长奖励基金获得者。目前主要从事“光学与微波遥感”、“粗糙目标的电磁波辐射与散射”等方面的研究工作，发表论文三十余篇，其中有七篇被SCI收录，十五篇被EI收录。承担科研项目五项：“激光雷达探测机理研究”，“粗糙目标电磁波的辐射与散射”，“风成海面的微波极化辐射研究”，“新型红外探测器研究”，“X-光机的数字化改造”。作为主要成员参加国家863重大工程项目的研究工作两项：“机载三维成像系统”和“星载极化辐射计”。高仁喜：副教授、硕士生导师，上海理工大学光学工程博士学位。主要从事集成光学、光波导器件的设计与制备，光纤传感器件的研发及飞秒激光微加工光学微结构的研究；在光波导器件优化设计和新型光波导器件的开发方面取得了多项成果。参与国家自然基金项目两项。在国内较早实现在玻璃材料中用飞秒激光制备出了光波导，在K9光学玻璃中制备出了微反射镜等工作，并首次通过微区发光光谱研究了波导区材料的变化特性。至今已在chinese physics letters、nanotechnology、光学学报、中国激光等期刊发表多篇学术论文。潘玉寨：副教授，硕士生导师，中科院长春光机所光学工程博士，清华大学博士后。主要研究方向为LD泵浦光纤激光及固体激光技术，目前主要研究内容：A、飞秒直写光纤低阶布拉格光栅制作在光纤激光器领域的应用；B、单壁碳纳米管锁模光纤激光器的实现及其相关特性分析；C、基于多光束干涉的可调谐光纤激光器及其一体化器件的设计。王强：副教授（破格），硕士生导师，中科院物理所博士，主要从事纳米技术的研究工作，已发表SCI论文10余篇，平均影响因子2.5.承担威海科技相关课题2项，拥有2个国家发明专利。获得过教学基本功大赛2等奖。现拥有22万的国家自然科学基金,主要用于单根紫外光敏二氧化钛纳米管和电输运性质研究。刘文军：副教授、硕士生导师，中科院上海光机所 光学 博士，主要从事飞秒测量及应用方面的工作。下一阶段的研究方向主要有两个：1． 飞秒激光在光子晶体光纤中产生超连续光谱机制的实验研究，并初步开展超连续光谱应用方面的研究。2． 飞秒脉冲激光的倍频实验研究。采用1mm厚度的BBO晶体，设计适当的谐振腔参数，实现高效率的倍频输出。至于邮箱，一般不对外公布，你感兴趣，直接打电话联系吧

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