X
你好,欢迎来到仪多多。请登录 免费注册
仪器交易网
0我的购物车 >
购物车中还没有商品,赶紧选购吧!

生物传感器在水质分析监测中的应用 传感器技术指标

时间:2020-07-30    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
生物传感器是由固定化并具有化学分子识别功能的生物材料、换能器件及信号放大装置构成的分析工具或系统。

1 生物传感器基本原理

1.1 反应基础

生物传感器反应基础基于常见的四类生物反应:即酶促反应、免疫学反应、微生物反应和生物反应中伴随着发生的物理量变化。

1.2 工作原理

生物传感器的组成见图1。生物传感器选择性的好坏完全取决于它的分子识别元件,而其他性能则和它的整体组成有关。生物反应过程产生的信息是多元化的,选择不同的转换器对信息进行转换对生物传感器的设计十分重要,常见的生物传感器的基础转换器有电化学式、光学式等。

2 生物传感器在水监测中的应用

应用于水质监控的生物传感器所使用的分子识别元件主要有酶、微生物、细胞器。在水质监控中的主要应用有BOD、细菌总数、硫化物、有机农药、酚和水体富氧的测定等。

2.1 用于监测BOD的生物传感器

BOD是衡量水体有机污染程度的重要指标。测定BOD的传统标准稀释法所需时间长、操作繁琐、准确度差。BOD传感器不仅能满足实际监测的要求,并且有快速、灵敏的特点。BOD传感器的工作原理〔,〕:以微生物的单一菌种或混合种群作为BOD微生物电极,由于水体中BOD物质的加人或降解代谢的发生,导致水中的微生物内外源呼吸方式的变化或转化,藕联着电流强弱信号的改变,一定条件下传感器输出的电流值与BOD的浓度呈线性关系。用于制作BOD生物传感器的微生物主要有酵母、假单胞菌、芽抱杆菌、发光菌和嗜热菌等。

张悦等研制的BOD测定仪采用聚乙烯醇凝胶包埋方式固定酵母,并将固定化酵母直接分散悬浮在溶液中,将DO探头插人溶液中测量BOD,实验表明,较佳测量条件为温度30‘C,pH 5.0、固定化细胞15g,可在20 min内实现BOD的快速测定。在BOD为。- 200 mg/L的范围内有较好的线性测量关系,且有较好的准确性。但离实际应用还有相当距离,需做进一步的研究。

国外,两种新的酵母菌种SPT1和SPT2被分离出来并且被固定在玻璃碳极上,以构成用于测量BOD的微生物传感器。其误差为土10%。将该传感器用于测量纸浆厂污水中BOD浓度,其最小值可达到2m g/L,所用的时间仅为5m in(3) 。

2.2 用于快速测定细菌总数的生物传感器

细菌总数是水质样品中的重要污染指标之一。目前普遍采用平板菌落记数法,测定周期长,准确度不高,主观误差大。生物传感器的快速测定引起了人们极大的兴趣。韩树波等(4)研制成功一种新的伏安型细菌总数生物传感器(见图2),通过对电极及其辅助测定装置的设计,可使测定下限达3x104 cells,测定周期在0.5 h左右。用菌悬液抽滤制成细菌阻留膜,立即把此膜附着在无菌罩中的修饰电极上,用滤膜定位装置将电极及起滤膜固定于弹性电解池底部,记录伏安扫描曲线,所得峰电流值与相应样品的校正工作曲线相对照,计算细菌总数。大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、啤酒酵母菌的线性响应范围依次是2x 104一4.8x107,2x104一4.60x 1 07,3x 1 04一9.16x107, 2 x 104一9.60x 107,2x 104一9.60x 107 cells。

2.3 用于监测硫化物的生物传感器

硫化物的测定在环境监测中居重要地位。目前常用的测定方法有亚甲基蓝比色法、碘量滴定法和电位滴定法等(5)。这些方法往往需要对样品进行预处理,不但药品消耗量大,而且易造成测定误差。白志辉等用硫化物杆菌制成硫化物传感器,用于对生活污水、工业废水、含HZS气体等基体复杂的样品中的硫化物的测定(6)。该方法是从硫铁矿的酸性土壤中分离、筛选出氧化硫硫杆菌,将其固定化,制备成微生物膜,再与氧电极组装成微生物传感器,用于样品中微量硫化物的测定。实验研究表明:该传感器响应S2-质量浓度线性范围为0.06一1.50 mg/L,响应时间为3- 6 m in,30 d 内测定500余次,灵敏度保持不变。

2.4 用于测定酚的生物传感器

酚是水系“五毒”之一,对其实施有效的监测具有重要意义。测定酚的生物传感器有酶电极、微生物电极和植物组织电极,它们都基于以下反应:

苯酚 十 O2+ 2 H++酪氨酸酶一邻苯二酚
邻苯 二 酚 十O2+酪氨酸酶一邻苯二醌

两步 反 应 均需要大量的氧,据此可将酪氨酸酶或富含酪氨酸酶的新鲜蘑菇、土豆、香蕉等植物组织切片与溶氧电极结合制成测定酚的生物传感器。穆冬燕等研究了用麦芽糊精修饰的酪氨酸酶碳糊电极构成电流型生物传感器测水中酚类污染物质的方法,在外加电压为一100m V(v s.SCE),p H 为5.40的磷酸盐缓冲溶液中,苯酚浓度为2.0 x 10-7——1.0 x 10-5 mol/L的范围内电极电压与苯酚的浓度有良好的线性关系。检出下限为1.0 x 10-7moUL,响应时间为2 min。此电极对其他酚类物质如邻苯二酚、对氯苯酚、邻甲酚等都有良好的响应。可以利用此电极检测工业废水中的酚类物质的浓度[7]。

冯治平等〔8〕从蘑菇组织中提取邻苯二酚粗酶,利用丝素蛋白在甲醇作用下,其分子结构由可溶性任意卷曲结构向不可溶性刀- sheet发生转变,从而将邻苯二酚粗酶固定在丝素蛋白膜中,制得邻苯二酚酶传感器,该传感器在pH为6.0的KH2PO4,-Na2HPO4,工作介质中具有良好的响应特性,工作线性范围为1.0x 1 0-5- 2 .5x 1 0-4m ol/L,检测限5.0x 10-6mol/L,响应时间2 min,酶经丝素蛋白的固定后具有较强的耐热性能,并能较长时间保持酶的活性。该传感器在KH2PO4,- N a2HPO4,缓冲溶液中保存,其使用寿命高达两个月。

2.5 用于测定有机农药的生物传感器

随着农业技术的发展,在许多国家,除草剂的使用量已超过了杀虫剂和杀菌剂(9)。李建平等利用除草剂对植物类囊体束缚酶分解过氧化氢的作用,研制了一种快速检测痕量除草剂的电化学生物传感器叫,实现了现场监测。

2.6 其他的生物传感器

T. C ha rle sP aul等〔11)研究了一种用多孔气体渗透膜、固定化反硝化细菌和氧电极组成的微生物传感器,可以测定样品中硝酸盐浓度。由于反硝化细菌以硝酸盐作为唯一能源,故其选择性和抗干扰性相当高,不受挥发性物质(如乙酸、乙醇、胺类)或不挥发性物质(如葡萄糖、氨基酸、K+,Na+)的影响,通过氧电极电流与反硝化细菌耗氧之间的线性关系来推知硝酸盐的浓度。缪惺 清 等 〔12〕利用N3-[(3一二甲氨基)]- N‘一乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC )和经基唬拍酸酞亚胺(NHS)对经11一硫醇十一烷酸单分子层修饰的石英晶体电极表面活化,将多私菌素(PMB)共价结合到电极的表面,建立了一种可用于检测细菌内毒素的石英晶体微天平生物传感器。李 百祥 等 研制了一种快速、灵敏、简便的检测水中急性毒物的生物传感器〔13)。该传感器采用细胞固定化技术将发光菌固定化成膜作为敏感元件,与高灵敏度的硅光二极管紧密结合,利用明亮发光杆菌的细胞发光作用作为毒性的判断指标。将细胞固定化技术、生物传感器技术和发光细菌毒性检测技术有机结合,构建成一种流通式急性毒物快速测定仪。

目前有一种光学生物传感器可用于水样中营养物浓度的测定(143。该传感器是基于固定在可控毛细玻璃上的细胞色素亚硝酸盐还原酶。其工作原理是当亚硝酸盐存在时将酶氧化,测量亚硝酸盐还原酶的分光度的变化就可测得营养物的浓度。

3 存在的不足

(1) 再生性问题。一些传感器在工作的过程中,往往出现识别元件与待测物质发生不可逆性化学反应等情况,这必然降低识别元件的识别能力,从而影响传感器的灵敏度。

(2) 小型化问题。仪器小型化将降低样品体积、试剂消耗和生产费用。

4 展望

生物传感器在水质检测中的发展趋势主要包括:从实验室走向商品化的进程加速;在水质监测中的应用将会进一步拓宽;由单一功能的生物传感器向多功能生物传感器发展;和其他精密仪器相结合,取长补短;生物传感器向微型化、集成化、智能化方向发展。

综上所述 ,生物传感器经过几十年的研究积累、技术改进,已进人开发应用的新时代,目前各种新的生物传感器不断开发出来,令人目不暇接。此外由于生物传感器具有快速、低成本、高选择性、高灵敏度、操作简便、可在线或现场检测等优点,在水的监测中的应用前景将不可限量。 【导读】土壤水分传感器又称土壤湿度传感器,由不锈钢探针和防水探头构成,可长期埋设于土壤和堤坝内使用,对表层和深层土壤进行墒情的定点监测和在线测量。 与数据采集



    土壤水分传感器又称土壤湿度传感器,由不锈钢探针和防水探头构成,可长期埋设于土壤和堤坝内使用,对表层和深层土壤进行墒情的定点监测和在线测量。


    与数据采集器配合使用,可作为水分定点监测或移动测量的工具。

 


    土壤水分传感器具有以下几种特点:


    1.传感器体积小巧化设计,携带方便,安装、操作及维护简单。


    2.结构设计合理,不绣钢探针保证使用寿命。


    3.外部以环氧树脂纯胶体封装,密封性好,可直接埋入土壤中使用,且不受腐蚀。


    4.测量精度高,性能可靠,确保正常工作。


    5.响应速度快,数据传输效率高。


    土壤水分传感器操作的注意事项:


    ①在进行测量之前应选择密度均匀的土壤作为被测对象;?


    ②不要将传感器探针插入硬土块中,防止探针损坏;?


    ③不可直接拽拉电缆将传感器移出土壤,用手握住环氧树脂外包装被测土壤;


    ④土壤水分传感器使用完毕后,用毛刷扫除探针上的土尘,并用柔软的布擦干探针,保护湿度探头干净,增加使用寿命。


    土壤水分传感器适用于科学试验、节水灌溉、温室大棚、花卉蔬菜、草地牧场、土壤速测、植物培养、污水处理及各种颗粒物含水量的测量。





仪器网-专业分析仪器服务平台,实验室仪器设备交易网,仪器行业专业网络宣传媒体。

相关热词:

等离子清洗机,反应釜,旋转蒸发仪,高精度温湿度计,露点仪,高效液相色谱仪价格,霉菌试验箱,跌落试验台,离子色谱仪价格,噪声计,高压灭菌器,集菌仪,接地电阻测试仪型号,柱温箱,旋涡混合仪,电热套,场强仪万能材料试验机价格,洗瓶机,匀浆机,耐候试验箱,熔融指数仪,透射电子显微镜。

   压力传感器,是工业实践中为常用的一种传感器,广泛应用于各种工业自控环境,但是在使用过程中我们需要经常性的注意其安装和维护,因为它们直接会影响到压力传感器的应用和使用寿命。而要想延长压力传感器的使用寿命,就需要注意下面几点内容:

1、正确安装

 通常压力传感器的损坏都是由于其安装位置不恰当而引起的。如果将传感器强行安装在过小的孔或形状不规则的孔中,就有可能造成传感器的震动膜受到冲击而损坏。选择合适的工具加工安装孔,有利于控制安装孔的尺寸。

 另外,合适的安装扭矩有利于形成良好的密封。但是如果安装扭矩过高就容易引起传感器的滑脱,为防止这种现象发生,通常在传感器安装之前在其螺纹部分上涂抹防脱化合物。在使用这种化合物以后,即使安装扭矩很高,传感器也很难被移动。

2、检查安装孔的尺寸

 如果安装孔的尺寸不合适,传感器在安装过程中,其螺纹部分就很容易受到磨损。这不仅会影响设备的密封性能,而且使传感器不能充分发挥作用,甚至还可能产生安全隐患。只有合适的安装孔才能够避免螺纹的磨损(螺纹工业标准1/2-20 UNF 2B),通常可以采用安装孔测量仪对安装孔进行检测,以做出适当的调整。

3、保持安装孔的清洁

 保持安装孔的清洁并防止熔料堵塞对保证设备的正常运行来说十分重要。在挤出机被清洁之前,所有的传感器都应该从机筒上拆除以避免损坏。在拆除传感器时,熔料有可能流入到安装孔中并硬化,如果这些残余的熔料没有被去除,当再次安装传感器时就可能造成其顶部受损。清洁工具包能够将这些熔料残余物去除。然而,重复的清洁过程有可能加深安装孔对传感器造成的损坏。如果这种情况发生,就应当采取措施来升高传感器在安装孔中的位置。

4、选择恰当的位置

 当传感器的安装位置太靠近生产线的上游时,未熔融的物料可能会磨损传感器的顶部;如果传感器被安装在太靠后的位置,在传感器和螺杆行程之间可能会产生熔融物料的停滞区,熔料在那里有可能产生降解,压力信号也可能传递失真;如果传感器过于深入机筒,螺杆有可能在旋转过程中触碰到传感器的顶部而造成其损坏。一般来说,传感器可以位于滤网前面的机筒上、熔体泵的前后或者模具中。

5、仔细清洁

 在使用钢丝刷或者特殊化合物对挤出机机筒进行清洁前,应该将所有的传感器都拆卸下来。因为这两种清洁方式都可能会造成传感器的震动膜受损。当机筒被加热时,也应该将传感器拆卸下来并使用不会产生磨损的软布来擦拭其顶部,同时传感器的孔洞也需要用清洁的钻孔机和导套清理干净。

6、保持干燥

 尽管传感器的电路设计能够经受苛刻的挤出加工环境,但是多数传感器也不能防水,在潮湿的环境下也不利于正常运行。因此,需要保证挤出机机筒的水冷装置中的水不会渗漏,否则会对传感器造成不利影响。如果传感器不得不暴露在水中或潮湿的环境下,就要选择具有极强防水性的特殊传感器。

7、避免低温干扰

 在挤出生产过程中,对于塑料原料而言,从固体到熔融状态应当具有充足的“浸透时间”。如果挤出机在开始进行生产前还没有达到操作温度,那么传感器和挤出机都会受到一定程度的损坏。

  另外,如果传感器从冷的挤出机上被拆除,材料就可能粘附在传感器顶部引起震动膜的损坏。因此,在拆除传感器之前,应确认机筒的温度足够高,机筒内部的物料处于软化状态下。

8、防止压力过载

    即使传感器测压范围的过载设计高能够达到50%(超出大量程的比率),从设备运行的安全角度考虑也应该尽量避免冒险,极好选择被测压力处于量程范围之内的传感器。在通常情况下,所选传感器的量程应该是被测压力的2倍,这样即使挤出机在极高的压力下运行,也能避免传感器受到损坏。

    以上内容是小编为大家介绍关于延长压力传感器使用寿命的做法。除此之外,还需要多注意压力传感器的日常维护方法,这也能够延长压力传感器的寿命。

详情点击:延长压力传感器的使用寿命的正确做法



上一篇:试验机定义分类 试验机技术指标

下一篇:冷热冲击试验箱技术参数

  • 手机多多
  • 官方微信订阅号
商品已成功加入购物车!