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環(huán)境生物監(jiān)測第1頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)環(huán)境監(jiān)測一、概念環(huán)境監(jiān)測的過程一般為:現(xiàn)場調(diào)查監(jiān)測計(jì)劃設(shè)計(jì)優(yōu)化布點(diǎn)樣品采集運(yùn)送保存分析測試數(shù)據(jù)處理綜合評(píng)價(jià)第2頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月二、環(huán)境監(jiān)測的目的和分類(一)環(huán)境監(jiān)測的目的環(huán)境監(jiān)測的目的是準(zhǔn)確、及時(shí)、全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,為環(huán)境管理、污染源控制、環(huán)境規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)。第3頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月(二)環(huán)境監(jiān)測的分類
1.按監(jiān)測目的分類(1)監(jiān)視性監(jiān)測(又稱為例行監(jiān)測或常規(guī)監(jiān)測)對(duì)指定的有關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行定期的、長時(shí)間的監(jiān)測,以確定環(huán)境質(zhì)量及污染源狀況、評(píng)價(jià)控制措施的效果,衡量環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施情況和環(huán)境保護(hù)工作的進(jìn)展。包括對(duì)污染源的監(jiān)督監(jiān)測和環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測。第4頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月(2)特定目的監(jiān)測(又稱為特例監(jiān)測和應(yīng)急監(jiān)測)根據(jù)特定的目的可分為以下四種:
A污染事故監(jiān)測
B仲裁監(jiān)測
C考核驗(yàn)證監(jiān)測
D咨詢服務(wù)監(jiān)測第5頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月(3)研究性監(jiān)測(又稱科研監(jiān)測)研究性監(jiān)測是針對(duì)特定目的科學(xué)研究而進(jìn)行的高層次的監(jiān)測。例如環(huán)境本底底監(jiān)測及研究;有毒有害物質(zhì)對(duì)從業(yè)人員底影響研究;為監(jiān)測工作本身服務(wù)的科研工作的監(jiān)測,如統(tǒng)一方法、標(biāo)準(zhǔn)分析方法的研究、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制等。這類研究往往要求多學(xué)科合作進(jìn)行。第6頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月2.按監(jiān)測介質(zhì)對(duì)象分類可分為水質(zhì)監(jiān)測、空氣監(jiān)測、土壤監(jiān)測、固體廢物監(jiān)測、生物監(jiān)測、噪聲和振動(dòng)監(jiān)測、電磁輻射監(jiān)測、放射性監(jiān)測、熱監(jiān)測、光監(jiān)測、衛(wèi)生(病源體、病毒、寄生蟲等)監(jiān)測等。第7頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月三、環(huán)境監(jiān)測特點(diǎn)(一)環(huán)境監(jiān)測的發(fā)展污染監(jiān)測階段或被動(dòng)監(jiān)測階段環(huán)境監(jiān)測階段或主動(dòng)監(jiān)測階段污染防治監(jiān)測階段或自動(dòng)監(jiān)測階段第8頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月(二)環(huán)境監(jiān)測的特點(diǎn)1.環(huán)境監(jiān)測的綜合性環(huán)境監(jiān)測的綜合主要表現(xiàn)在監(jiān)測手段、監(jiān)測對(duì)象的多樣性以及監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性。2.環(huán)境監(jiān)測的連續(xù)性3.環(huán)境監(jiān)測的追蹤性第9頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月四、監(jiān)測技術(shù)概述監(jiān)測技術(shù)包括采樣技術(shù)、測試技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù),這里以污染物的測試技術(shù)為重點(diǎn)作以概述。(一)化學(xué)、物理技術(shù)重量法常用作殘?jiān)?、降塵、硫酸鹽、油類等的測定;容量分析被廣泛用于水中酸度、堿度、化學(xué)需氧量、溶解氧、硫化物、氰化物的測定;第10頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月儀器分析方法被廣泛用于對(duì)環(huán)境中污染物進(jìn)行定性和定量的測定。(二)生物技術(shù)這是利用生物在污染環(huán)境中所產(chǎn)生的各種反映信息來判斷環(huán)境質(zhì)量的方法,是一種最直接也是一種綜合的方法。第11頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月生物監(jiān)測包括生物體內(nèi)污染物含量的測定;觀察生物在環(huán)境中受傷害癥狀;生物的生理生化反應(yīng);生物群落結(jié)構(gòu)和種類變化等手段來判斷環(huán)境質(zhì)量。第12頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)生物傳感器一、概述傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測方法通常采用離線分析方法,其缺點(diǎn)是:分析速度慢,操作復(fù)雜,且需要昂貴儀器,不適宜進(jìn)行現(xiàn)場快速監(jiān)測和連續(xù)在線分析。建立和發(fā)展連續(xù)、在線、快速的現(xiàn)場監(jiān)測體系尤其重要。第13頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月生物傳感器實(shí)際上是一類特殊的化學(xué)傳感器。國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)對(duì)化學(xué)傳感器的定義為:一種小型化的、能專一和可逆地對(duì)某種化合物或某種離子具有應(yīng)答反應(yīng),并能產(chǎn)生一個(gè)與此化合物或此離子濃度成比例地分析信號(hào)地傳感器。第14頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月生物傳感器是一種將生物感應(yīng)元件的專一性與一個(gè)能夠產(chǎn)生與待測物濃度成比例的信號(hào)傳導(dǎo)器結(jié)合起來的一種分析裝置。最先問世的生物傳感器是酶電極。20世紀(jì)70年代后,人們開始研究微生物電極、細(xì)胞器電極、動(dòng)植物組織電極以及免疫電極等新型生物傳感器,使生物傳感器的類型大大增多。第15頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月二、生物傳感器的基本組成和工作原理生物傳感器由敏感元件,即生物元件和信號(hào)傳導(dǎo)器組成。生物元件:生物體、組織、細(xì)胞、細(xì)胞器、細(xì)胞膜、酶、抗體、核酸、有機(jī)物分子。傳導(dǎo)器:電勢測量式、電流測量式、電導(dǎo)率測量式、阻抗測量式、光強(qiáng)測量式、熱量測定式、聲強(qiáng)測量式、機(jī)械式。第16頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月生物傳感器的基本原理如下圖所示:第17頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月生物傳感器的工作原理主要決定于敏感元件(分子識(shí)別單元)和待測物質(zhì)之間的相互作用,有以下幾種類型:(1)將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)已研究的大部分生物傳感器的工作原理均屬于這種類型。(2)將熱變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)(3)將光效應(yīng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)(4)直接產(chǎn)生電信號(hào)方式第18頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月三、生物傳感器的分類一般可從以下三個(gè)角度進(jìn)行分類:1.根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的產(chǎn)生方式(1)生物親和型生物傳感器
S+RSR
底物受體(2)代謝型或催化型生物傳感器
S+RSRP
底物受體
生成物
第19頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月2.根據(jù)生物傳感器中分子識(shí)別元件上的敏感物質(zhì)可分為:酶傳感器、微生物傳感器、組織傳感器、細(xì)胞傳感器、免疫傳感器等。3.根據(jù)生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)化器可分為:電化學(xué)生物傳感器、半導(dǎo)體生物傳感器、測熱型生物傳感器、測光型生物傳感器、測聲型生物傳感器等第20頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月圖9-2生物傳感器的分類第21頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月四、生物傳感器的特點(diǎn)1.測定時(shí)一般不需要樣品預(yù)處理,也不需加入其他試劑。2.由于它的體積小,可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測。3.響應(yīng)快,樣品用量少,且由于敏感材料是固定化的,可以反復(fù)多次使用。4.傳感器連同測定儀的成本遠(yuǎn)低于大型的分析儀器,因而便于推廣普及。第22頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月五、在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用1.BOD生物傳感器可在10~15min檢測出BOD的含量,可對(duì)水質(zhì)狀況實(shí)行在線監(jiān)測。目前已有用絲孢酵母、梭菌、芽孢桿菌及混合微生物種群制成的BOD傳感器,還有用生物發(fā)光菌和嗜熱菌的。第23頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于BOD微生物傳感器電極的一個(gè)尚未解決的問題就是微生物細(xì)胞在測定廢水中有毒物質(zhì)時(shí)會(huì)出現(xiàn)“中毒”現(xiàn)象。此外,由于一種微生物不可能對(duì)各種廢水中所有的有機(jī)物都產(chǎn)生響應(yīng),因此,目前研制的BOD微生物傳感器都只適用于部分類型的廢水。另外,用常溫微生物組成的BOD微生物電極的使用壽命不長。第24頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月2.酚類微生物傳感器用酶電極安培傳感器檢測酚類化合物時(shí),電極表面的酶分子被氧和過氧化氫氧化,接著被酚類化合物重新還原,酚類主要轉(zhuǎn)化為苯醌或酚自由基,這些產(chǎn)物通常具有電化學(xué)活性,能在相對(duì)于飽和甘汞電極(SCE)0V以下的電位還原,還原電流與溶液中酚類化合物的濃度成正比。第25頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月3.陰離子表面活性劑傳感器包括能降解烷基苯磺酸(LAS)的細(xì)菌和一個(gè)氧電極。當(dāng)陰離子表面活性劑存在時(shí),細(xì)菌的呼吸作用增加,導(dǎo)致溶解氧變化。4.水體富營養(yǎng)化監(jiān)測傳感器引起水體富營養(yǎng)化的藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞體內(nèi)有藻青素,它顯示的熒光光譜不同于其他的微生物,從而用對(duì)熒光敏感的生物傳感器就能監(jiān)測藍(lán)細(xì)菌的濃度。第26頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月5.生物傳感器檢測硝酸鹽、亞硝酸鹽及氨氮6.檢測有毒有害物質(zhì)的生物傳感器7.抗體傳感器8.空氣和廢氣監(jiān)測傳感器(1)CO2傳感器(2)亞硫酸鹽傳感器(3)甲烷傳感器第27頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)DNA生物傳感器及其在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用分子生物學(xué)與生物技術(shù)的進(jìn)展為研究以核酸探針為敏感元件的DNA生物傳感器提供了可能。與酶和抗體不同,核酸識(shí)別層十分穩(wěn)定,并且易于合成或再生以供重復(fù)使用。第28頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月
DNA傳感器除可用于受感染微生物的核酸序列分析、微量污染物的監(jiān)測外,還可用于研究污染物與DNA之間的相互作用,為解釋污染物毒性作用機(jī)理提供了可能。第29頁,課件共36頁,創(chuàng)作于2023年2月一、核酸雜交生物傳感器的原理圖9-3電化學(xué)DNA生物傳感器雜交檢測原理示意圖第30頁,課件共36頁,創(chuàng)作于20
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