电化学传感技术在海洋环境监测中的应用.docVIP

精品论文 参考文献 电化学传感技术在海洋环境监测中的应用 寿光市海洋环境监测站 山东潍坊 262700 摘要：近年来，海岸带环境保护已经引起全球广泛关注，开展近岸海域环境监测能够为海洋环境保护、资源利用和可持续发展提供科学决策依据和技术支撑。随着微电子、材料加工和计算机技术的快速发展，以及新原理、新技术、新材料和新工艺广泛应用，电化学传感器在微型化、集成化、智能化等方向得到快速的发展，多种电化学传感器不断涌现并进入实际应用。本文介绍了环境参数的检测、营养盐的检测、有机污染物的检测、致病菌及生物毒素的检测。 关键词：电化学传感，环境监测，海水，电位分析法，电流分析法． 随着海岸带区域经济快速发展，我国海洋环境面临的压力与日俱增，海洋经济建设对海洋环境监测的需求日趋加大，国家环境保护目标的实现对海洋环境监测提出了更高的要求。开发和研究适用于海洋环境检测的电化学传感器系统，实现环境多参数定点、在线、连续长时间监测已成为海洋环境监测工作者面临的挑战。电位型 pH 电极、电流型溶解氧电极在海洋环境监测中的广泛应用及其原位、现场快速监测设备的研发凸显了电化学传感器在海洋环境监测应用中的优势。 一、环境参数的检测 目前，电化学传感器技术不仅广泛应用于海洋环境中的 pH、盐度以及溶解氧的测定，该技术亦成功应用于其他海水环境参数如化学需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）以及海水中溶解二氧化碳（CO2）等的测定。海水 COD 和 BOD 是表征海水有机污染物的综合指标，是海洋水质监测的常规项目之一，发展了如纳米铜、纳米镍、钴氧化物、合金等多种功能化电极材料以及硼掺杂金刚石等新型电极材料，用于COD 的检测。测定海水 COD 的电化学传感器通常采用二氧化铅涂层的铂金电极作为工作电极，由于二氧化铅电极具有较高的析氧电位，在阳极极化下，工作电极表面产生大量羟基自由基，羟基自由基能够氧化水体有机物导致电流信号的变化，通过测定输出的电流信号，该传感器可以实现海水中COD 的快速检测。目前已经发展了多种微生物传感器用于 BOD 检测，现有的多数 BOD 电化学传感器难以在海水中应用，这主要是由于：海水中 BOD 值通常在 5mgO2.L左右，部分传感器的灵敏度难以满足海水监测的要求；电极表面固定的微生物难以在高盐度条件下使用；电子媒介体等额外试剂的加入限制了部分传感器的在线使用，发展了基于 eukaryote Saccharomyces cerevisiae 的双媒介体BOD 传感器，并将其应用于海水检测，得到满意的效果。随着新型材料的发展，电化学传感器在海水 BOD 检测中的应用将受到越来越多的关注。 二、营养盐的检测 海水中的营养盐物质包括硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐、磷酸盐、硅酸盐等。水体中过高浓度营养盐的存在可能引起水体的富营养化，造成水生植物的大量繁殖，过多地消耗水体中的溶解氧，从而破坏海洋的生态环境，以致引起赤潮等灾害的发生，准确、及时地监控海水营养盐含量对于海洋生态环境变化规律的研究以及生态预警具有重要意义。 1.磷酸盐不具有电化学活性，因此电化学传感器无法对磷酸盐进行直接检测． 研究表明，在酸性条件下，磷酸根能够与钼酸盐发生化学反应，生成具有电化学活性的磷钼酸化合物，如式所示． 2.基于上述化学反应，Jońca 等发展了一种用于磷酸盐检测的电化学传感器． 该传感系统采用阳极氧化技术原位产生钼酸盐和氢离子，如式所示，有效避免了额外试剂的加入，实现了传感器的在线使用，进一步结合膜技术对电解池结构进行了优化设计，从而有效消除海水中硅酸盐的干扰．采用旋转电极技术以及微分脉冲伏安法，该传感器能够实现海水中磷酸盐的灵敏检测。 3.酸性条件下，原硅酸同样能够与钼酸盐发生化学反应，生成具有电活性的硅钼酸化合物，如式所示。基于上述原理，Garon 等发展了循环伏安法以及基于微电极和超微电极的计时电位检测技术，用于海水中硅酸盐的检测。 4.硝酸盐是海水中重要的营养盐，对于海洋初级生产力和海水人工养殖具有重要意义，Aravamudhand和 Bhansali 采用电化学聚合方法合成了硝酸根掺杂聚吡咯纳米线，构建了基于功能纳米材料的电位型微流控传感器，聚吡咯纳米线的使用极大地提高了传感器的选择性和灵敏度，该传感器成功地应用于海水中硝酸盐的检测。此外，Kulapina 等发展了基于有机离子交换剂的四烷基铵盐电位型传感器，该传感器为海水中阳离子表面活性剂的检测。 三、有机污染物的检测 随着我国工农业生产和海洋油气产业的加速发展，海洋环境污染问题日益突出，在种类繁多的海洋环境污染物中，有机