传感器在大气环境监测中的应用探讨

2013-01-28刘佳坤

资源节约与环保 2013年9期

刘佳坤

(吉林省德惠市环境监测站吉林德惠 130300)

1 前言

随着我国经济快速发展，尤其是石油业和煤炭业的发展，产生了大量有害气体，如一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、烟尘等，对大气环境造成严重污染，并对人们身体健康造成严重危害。因此，加强大气环境污染监测，减少大气污染，成为当今急需解决的难题。随着监测技术的不断发展，传感器具有在线监测、瞬时监测、定位监测及操作简单等优点，在大气环境监测过程中得到广泛性应用，为大气环境监测提供了重要的技术支持。

2 传感器类型与运行原理

2.1 传感器类型

传感器主要将化学量或者物理量转化成为可用电信号的一种配件，其主要分为两种，即物理性传感器和化学性传感器。物理性传感器主要将测定过程中的磁致伸缩、电压效应、极化现象、热电反应、磁电效应等转变成为电信号，以实现信息传递效果。而化学传感器则主要将电化学反应和化学吸附等现象转化成为电信号，以达到传递信息的目的。

2.2 传感器运行原理

传感器主要转换系统和分子识别系统组合而成，其中分子识别系统主要对被监测对象进行识别，同时期也是导致某种化学转化或者物理转化的重要功能部分，对传感器选择性质量起着至关重要的作用。当被识别对象与分子识别系统相互接触后，可能会出现光变化、电变化、热变化、化学变化等现象，并直接转变成为相应的电信号。

3 传感器在大气环境监测中的应用

3.1 NOx监测传感器

氮氧化物是大气环境主要污染物，而NO2氮氧化物反应最为强烈，是引起光化学反应的重要因素。当各种矿物在燃烧时，会生成一定量的NO与NO2，并受到大气氧化作用，生成NO2，对大气环境造成严重污染[1]。NOx型传感器主要通过氧电极反应生成硝化杆菌，而硝化杆菌则主要通过亚硝酸盐来形成，可以增加硝化杆菌呼吸功能，使氧电极反应中的氧气浓度降低，并获取NO2的含量。同时硝化杆菌主要依靠硝酸盐来形成，所以其抗干扰性和选择性都比较高，并能够通过硝化杆菌氧气消耗量和过氧电极电流存在的线性关系，准确计算出亚硝酸盐浓度。

3.2 SO2监测传感器

二氧化硫是酸雾和酸雨生成重要因素，对大气环境造成严重污染。为了对大气中的二氧化硫气体进行有效监测，马莉等研究者，把亚细胞类脂类物质，即含一定量的亚硫酸盐氧化酶成分的肝微粒体放置到醋酸纤维膜内，并与氧电极共同组成了安培型的生物传感器，能够对二氧化硫生成酸雾或酸雨溶液将进行全面分析。当传感器内微粒体将亚硫酸盐进行氧化时，同样会消耗一定量的氧气，使得氧电极附件溶解氧其浓度有所下降，并生成电流效应，即可获取亚硫酸盐浓度值。这种传感器反应速度快，监测结果稳定性高、准确度高。

3.3 甲烷监测传感器

甲烷虽然属于清洁性燃料，但是当其在大气环境中的含量维持在5%至14%时，可能产生爆炸现象。有关研究从自然物质内获取甲烷氧化细菌，将甲烷当作其唯一的呼吸能源，并消耗氧气，把甲烷氧化细菌放置到醋酸纤维膜内，并利用传感器对甲烷进行测定。当甲烷气体运输至细菌池内时，微生物会吸收甲烷，并消耗氧气，使得传感器内的溶解氧浓度下降，电流降低，即可获取甲烷浓度值[2]。当空气经过反应池的时候，传感器电流可在1分钟内恢复到原始状态，并在2分钟内对甲烷气体浓度进行分析，当其浓度在6.6 mol/L以下，甲烷浓度与电流差成线性关系，并可获取甲烷浓度最小值为13.1μmol/L。这种传感器能够在对大气环境中甲烷含量进行连续性的监测和控制。

3.4 氨监测传感器

氨是大气环境监测不可缺少的一项重要指标。电位传感器主要由气体性渗透膜与复合型玻璃电极组合而成，可作为氨电极，并在pH>11情况下，对氨进行监测，但是其容易挥发物影响。而新的安培型氨监测传感器主要由硝化菌和氧电极构成，当硝化细菌进行有氧呼吸时，能够氨气体起到降解作用，并消耗部分溶解氧[3]。这种监测传感器玻璃电极和灵敏度差不多在同个数量级，其浓度检测最小值为011mg/L。通过对33mg/L容量氨溶液进行分析后，传感器电流输出量基本不变且选择性较好，不容易受到挥发物影响，即可对大气环境中的氨气体进行监测，也可对水环境中氨溶液进行监测。