环境生物监测课件

第一节环境监测一、概念环境监测的过程一般为：现场调查监测计划设计优化布点样品采集运送保存分析测试数据处理综合评价第一节环境监测一、概念1二、环境监测的目的和分类（一）环境监测的目的环境监测的目的是准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据。二、环境监测的目的和分类（一）环境监测的目的2（二）环境监测的分类

1.按监测目的分类（1）监视性监测（又称为例行监测或常规监测）对指定的有关项目进行定期的、长时间的监测，以确定环境质量及污染源状况、评价控制措施的效果，衡量环境标准实施情况和环境保护工作的进展。包括对污染源的监督监测和环境质量监测。（二）环境监测的分类1.按监测目的分类3（2）特定目的监测（又称为特例监测和应急监测）根据特定的目的可分为以下四种：

A污染事故监测

B仲裁监测

C考核验证监测

D咨询服务监测（2）特定目的监测（又称为特例监测和应急监测）4（3）研究性监测（又称科研监测）研究性监测是针对特定目的科学研究而进行的高层次的监测。例如环境本底底监测及研究；有毒有害物质对从业人员底影响研究；为监测工作本身服务的科研工作的监测，如统一方法、标准分析方法的研究、标准物质的研制等。这类研究往往要求多学科合作进行。（3）研究性监测（又称科研监测）52.按监测介质对象分类可分为水质监测、空气监测、土壤监测、固体废物监测、生物监测、噪声和振动监测、电磁辐射监测、放射性监测、热监测、光监测、卫生（病源体、病毒、寄生虫等）监测等。2.按监测介质对象分类可分为水质监测、空气监测、6三、环境监测特点（一）环境监测的发展污染监测阶段或被动监测阶段环境监测阶段或主动监测阶段污染防治监测阶段或自动监测阶段三、环境监测特点（一）环境监测的发展7（二）环境监测的特点1.环境监测的综合性环境监测的综合主要表现在监测手段、监测对象的多样性以及监测数据处理的复杂性。2.环境监测的连续性3.环境监测的追踪性（二）环境监测的特点1.环境监测的综合性8四、监测技术概述监测技术包括采样技术、测试技术和数据处理技术，这里以污染物的测试技术为重点作以概述。（一）化学、物理技术重量法常用作残渣、降尘、硫酸盐、油类等的测定；容量分析被广泛用于水中酸度、碱度、化学需氧量、溶解氧、硫化物、氰化物的测定；四、监测技术概述监测技术包括采样技术、测试技术和数9仪器分析方法被广泛用于对环境中污染物进行定性和定量的测定。（二）生物技术这是利用生物在污染环境中所产生的各种反映信息来判断环境质量的方法，是一种最直接也是一种综合的方法。仪器分析方法被广泛用于对环境中污染物进行定性和定量的10生物监测包括生物体内污染物含量的测定；观察生物在环境中受伤害症状；生物的生理生化反应；生物群落结构和种类变化等手段来判断环境质量。生物监测包括生物体内污染物含量的测定；观察生物在11第二节生物传感器一、概述传统的环境监测方法通常采用离线分析方法，其缺点是：分析速度慢，操作复杂，且需要昂贵仪器，不适宜进行现场快速监测和连续在线分析。建立和发展连续、在线、快速的现场监测体系尤其重要。第二节生物传感器一、概述12生物传感器实际上是一类特殊的化学传感器。国际纯粹和应用化学联合会对化学传感器的定义为：一种小型化的、能专一和可逆地对某种化合物或某种离子具有应答反应，并能产生一个与此化合物或此离子浓度成比例地分析信号地传感器。生物传感器实际上是一类特殊的化学传感器。国际纯粹和应用化学联13生物传感器是一种将生物感应元件的专一性与一个能够产生与待测物浓度成比例的信号传导器结合起来的一种分析装置。最先问世的生物传感器是酶电极。20世纪70年代后，人们开始研究微生物电极、细胞器电极、动植物组织电极以及免疫电极等新型生物传感器，使生物传感器的类型大大增多。生物传感器是一种将生物感应元件的专一性与一个能够产生14二、生物传感器的基本组成和工作原理生物传感器由敏感元件，即生物元件和信号传导器组成。生物元件：生物体、组织、细胞、细胞器、细胞膜、酶、抗体、核酸、有机物分子。传导器：电势测量式、电流测量式、电导率测量式、阻抗测量式、光强测量式、热量测定式、声强测量式、机械式。二、生物传感器的基本组成和工作原理生物传感器由敏感元件，即生15生物传感器的基本原理如下图所示：生物传感器的基本原理如下图所示：16生物传感器的工作原理主要决定于敏感元件（分子识别单元）和待测物质之间的相互作用，有以下几种类型：（1）将化学信号转化为电信号已研究的大部分生物传感器的工作原理均属于这种类型。（2）将热变化转化为电信号（3）将光效应转化为电信号（4）直接产生电信号方式生物传感器的工作原理主要决定于敏感元件（分子识别单17三、生物传感器的分类一般可从以下三个角度进行分类：1.根据传感器输出信号的产生方式（1）生物亲和型生物传感器

S+RSR

底物受体（2）代谢型或催化型生物传感器

S+RSRP

底物受体

生成物

三、生物传感器的分类一般可从以下三个角度进行分类：182.根据生物传感器中分子识别元件上的敏感物质可分为：酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞传感器、免疫传感器等。3.根据生物传感器的信号转化器可分为：电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生物传感器、测声型生物传感器等2.根据生物传感器中分子识别元件上的敏感物质可分为：酶传感器19图9-2生物传感器的分类图9-2生20四、生物传感器的特点1.测定时一般不需要样品预处理，也不需加入其他试剂。2.由于它的体积小，可以实现连续在线监测。3.响应快，样品用量少，且由于敏感材料是固定化的，可以反复多次使用。4.传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪器，因而便于推广普及。四、生物传感器的特点1.测定时一般不需要样品预处理，也不需加21五、在环境监测中的应用1.BOD生物传感器可在10～15min检测出BOD的含量，可对水质状况实行在线监测。目前已有用丝孢酵母、梭菌、芽孢杆菌及混合微生物种群制成的BOD传感器，还有用生物发光菌和嗜热菌的。五、在环境监测中的应用1.BOD生物传感器22关于BOD微生物传感器电极的一个尚未解决的问题就是微生物细胞在测定废水中有毒物质时会出现“中毒”现象。此外，由于一种微生物不可能对各种废水中所有的有机物都产生响应，因此，目前研制的BOD微生物传感器都只适用于部分类型的废水。另外，用常温微生物组成的BOD微生物电极的使用寿命不长。关于BOD微生物传感器电极的一个尚未解决的问题就是232.酚类微生物传感器用酶电极安培传感器检测酚类化合物时，电极表面的酶分子被氧和过氧化氢氧化，接着被酚类化合物重新还原，酚类主要转化为苯醌或酚自由基，这些产物通常具有电化学活性，能在相对于饱和甘汞电极（SCE)0V以下的电位还原，还原电流与溶液中酚类化合物的浓度成正比。2.酚类微生物传感器用酶电极安培传感器检测酚类化合物243.阴离子表面活性剂传感器包括能降解烷基苯磺酸（LAS)的细菌和一个氧电极。当阴离子表面活性剂存在时，细菌的呼吸作用增加，导致溶解氧变化。4.水体富营养化监测传感器引起水体富营养化的蓝细菌细胞体内有藻青素，它显示的荧光光谱不同于其他的微生物，从而用对荧光敏感的生物传感器就能监测蓝细菌的浓度。3.阴离子表面活性剂传感器包括能降解烷基苯磺酸（255.生物传感器检测硝酸盐、亚硝酸盐及氨氮6.检测有毒有害物质的生物传感器7.抗体传感器8.空气和废气监测传感器（1）CO2传感器（2）亚硫酸盐传感器（3）甲烷传感器5.生物传感器检测硝酸盐、亚硝酸盐及氨氮26第三节DNA生物传感器及其在环境监测中的应用分子生物学与生物技术的进展为研究以核酸探针为敏感元件的DNA生物传感器提供了可能。与酶和抗体不同，核酸识别层十分稳定，并且易于合成或再生以供重复使用。第三节DNA生物传感器及其分子生物学与生物技27

DNA传感器除可用于受感染微生物的核酸序列分析、微量污染物的监测外，还可用于研究污染物与DNA之间的相互作用，为解释污染物毒性作用机理提供了可能。DNA传感器除可用于受感染微生物的核酸序列分析、28一、核酸杂交生物传感器的原理图9-3电化学DNA生物传感器杂交检测原理示意