光化学溶解氧传感器的开发与其在环境测量方面的应用

光化学溶解氧传感器的开发与其在环境测量方面的应用　贾丽艳　・监测与分析・　光化学溶解氧传感器的开发与其在环境测量方面的应用　Ｔｈｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ａｐｐｌ　ｉｃａｔｉｏｎ　ｏｎ　ａ　Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｅｎｓｏｒ　贾丽艳　张炼　徐明　（１．沈阳环境科学研究院　沈阳　１１００１６）；（２．东北大学材料与冶金学院　沈阳　１１０００４）　摘要关键词从对水环境分析要素ＩＸ）、ＣＯＤ、ＢＯＤ等的测定、对微生物等生命体呼吸活性的观测等需求出发，通过对激发态　光化学传感器钌络合物铂络合物消光特性　钌、铂等络合物遇氧后荧光减弱的消光特性研究，开发并制作出新型光化学传感器，从而实现对溶解氧浓度的测定。　Ａｂｓｔｒａｃｔ　ＩＮｓｅｄ　ｏｎ　ｌｈｅ　ｍｏｎｉｔｅｒ　ｏｆ　ＩＸ），ＣＯ１）ａｎｄ　Ｉ　Ｄ　ａｎｄ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｂａｃｔｅｒｉｕｍｓ，ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ　ｆｏｒ　ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ（１Ｉ）　ｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｈｙｄｒａｔｅ　ｒｅｄｕｃｅｓ　ｌｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅ（Ｉ．Ａ　ｎｅｗ　ｙｐｅ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｓｅｎｓｏｒ　ｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ａｎｄ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ　ＳＯ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｏｘｙｇｅｎ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｗａｔｅｒ　ｃａｎ　ｂｅ　ｍｏｎｉｔｅｒｅｄ　ｅａｓｉｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ（１Ｉ）Ｃｈｌｏｒｉｄｅ　Ｈｙｄｒａｔｅ　Ｌｉｇｈｔ—ｒｅｄｕｃｅｄ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒ　后达到激发状态，激发状态的金属络合物分子恢复　１　概要　氧是维持有机体生存、人类与动物维持生命活　动、新陈代谢等赖以生存的重要元素，另外在很多　生物学、化学工艺流程中需要有氧的参与．这样，对　溶解氧浓度的测量就非常必要。溶解氧测量技术　涉及的领域非常之广，包括环境、医疗、生物化学、　原始状态过程中将能量以荧光和磷光的方式释放　金属铬合物消光特性见图１。此时，如果金属络合　激发状态１　＼＼激发状态２Ｊ　Ｉ　拈一　０２　【）１　激　发　光　磷　工业等方面。从前的对溶解氧浓度测量方法有碘　量法（即Ｗｉｎｋｌｅｒ）、电极测量法、光学探头测量法　等，但这些方法只能对溶液中溶解氧的浓度进行宏　观的数字化测量分析，对ＢＯＤ等重要的水分析要　素的测量、微生物等生命体的呼吸达不到快速测　光　吸　收　　１『　１　放　盘　●一　放　出／氧１　图ｌ金属终合物消光特性　量、微观观测的效果。本研究侧重于对水环境要素　的分析，利用激发态钌、铂络合物的遇氧后荧光减　弱的消光特性，通过对荧光强度的测量，可多次、长　时间的直观测量溶解氧浓度，并可达到对微生物等　物分子周围存在氧分子，激发状态的络合物分子与　氧分子发生撞击，络合物分子此前吸收的能量将被　氧分子吸收，使氧分子达到激发状态，而络合物分　子在没有发射荧光和磷光的情况下恢复到原始状　生命体的呼吸活性的直观观测目的。　态，此种特性被称为消光特性。本研究就是利用金　属钌络合物这个特性，通过测定激发状态的钌络合　物分子释放荧光的强弱来进行对氧浓度的测量。　２原理与药品　２．１氧分子消光原理　２．２药品与设备　本研究中，使用钌络合物Ｔｒｉｓ（１，１０一ｐｈｅｎａｎ—　ｔｈｒｏｌｉｎｅ）－－ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ（１Ｉ）ｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｈｙｄｒａｔｅ作为　光学式溶解氧传感器原理为：利川激发光照射　原始状态的金属络合物分子，络合物分子吸收光能　收稿日期：２∞７一Ｏ２一Ｏ５　作者简介：贾丽艳（１９５５一），女，辽宁沈阳人，高级工程师。　４７—　维普资讯 http://www.cqvip.com

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光化学溶解氧传感器的开发与其在环境测量方面的应用　贾丽艳　的一列孑Ｌ中注入蒸馏水，在另外两列孑Ｌ洞中分别注　起第一列孑Ｌ洞中的蒸馏水荧光强度最弱，１　和　５　的ＮａｚＳＯａ溶液依次荧光强度增强。由于　Ｎａ　ＳＯａ溶液的溶解氧浓度低，从而对于钌络合物　水中培养１ｈ。然后，将两容器中含有细胞的磷酸　溶液分别注入钌络合物基板上的橡胶孔列中，用光　学扫描仪进行扫描测试。其结果见图５，从扫描结　果上进行分析，不难看出，由于钌络合物对氧的消　的荧光消光减弱，以至于钌络合物释放荧光强度增　强。由此，说明此法对于溶液中溶解氧的测定是有　效的。　光特性，经过培养的细胞代谢恢复正常，其呼吸活　性增强，从而消耗水中的氧进行有氧呼吸，致使水　中的溶解氧含量降低，导致荧光强度增强。由此可　以看出，利用此方法可以对细胞呼吸活性进行测试　分析，并且推断出对微生物的呼吸活性、环境水的　４．２对微生物呼吸活性的测定　由于不同种类微生物所需最适培养条件不同，　并且实验室设备等受到，为检验此传感器对微　生物呼吸活性的测定是否可行，采用对小白鼠淋巴　细胞冷藏后进行培养，测定其呼吸活性变化。首先　提取的淋巴细胞通过远心分离的方式进行浓缩，然　生物需氧量、化学耗氧量可以在短时间内做出精确　的测量和分析。　５结论　从前对溶解氧含量测试方法繁琐、精度偏低，　对生物需氧量等环境水要素的分析测量耗时耗力，　而且不能直观的对个别某种微生物的生理特性进　行分析。通过此方法可以在短时间内对溶液中溶　后注入ｐＨ约为７．０的０．０１Ｍ磷酸缓冲溶液中，　配制成大约１０６ｃｅｌｌ／ｍＩ　的淋巴细胞磷酸溶液进行　０＊Ｃ的冷藏。５ｈ后取出装有细胞的磷酸溶液分两　容器分装，其中一支继续冷藏，另一支在３７℃的温　解氧浓度进行高精度直观的测定，并且可以简便的　对ＢＯＤ等指标进行测试。此外，本方法不仅可以　对群体的微生物进行活性分析，而且可以达到　ｌＯ／￣ｍ精度的定性分析测量。　参暗　Ａ．培养前　明　１．Ｓ　Ａｒａｉｎ，Ｇ　考文献　Ｊｏｈｎ，Ｃ　Ｋｒａｕｓｅ，Ｊ　Ｇｅｒｌａｃｈ，Ｏ　Ｓ　Ｗｏｌｆｂｅｉｓ，Ｉ　Ｋｌｉ　Ｂ．培养后　ｍａｎｔ，Ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ　Ｂ，ｌ１３，６３９—６４８（２００５）．　２．（　ｕａｎｇ—ＹａｏＢａｉ，Ｋｅ－－ＺｈｉＷａｎｇ，Ｚｈｉ—ＭｉｎｇＤｕａｎ，Ｉ　ｉ—Ｈｕａ　Ｇａｏ　图５培养前后细胞呼吸活性对比　Ｊｏｕｒｎａ１　ｏｆ　Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，９８，ｌＯ１７—１０２２（２００４）．　（上接第３９页）　４．郭秀锐，杨居荣，毛显，强．城市生态足迹计算与分析——以广州　市为例ＥＪ－１．地理研究，２００３，２２（５）：６５４￣６６２．　５．陈敏，王如松，张丽君。等．中国２００２年省域生态足迹分析ＥＪ－１．　应用生态学报，２００６，１７（３）：４２４～４２８．　１１．宋薇薇，刘年丰，谢鸿宇．基于综合生态足迹的项目生态环境影　响分析研究ＥＪ－１．华中科技大学学报（城市科学版），２００５，２２　（４）：８５～９Ｏ．　１２．顾晓薇，王青，刘建兴，等．基于“国家公顷”计算城市生态足迹　的新方法ＥＪ］．东北大学学报（自然科学版），２００５，２６（４）：３９７　～６．周嘉，尚金城．绥化市可持续发展状况的生态足迹分析ＥＪ－１．地　理科学，２００４，２４（３）：３３３￣３３８．　４００．　１３．Ｗａｃｋｅｒｎａｇｅｌ　Ｍ，Ｒｅｅｓ　ＷＥ．Ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｂａｒｒｉｅｒｓ　ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｎｇ　ｉｎ　ｎａｔｕｒａｌ　ｃａｐｉｔａｌ：Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ　ｆｒｏｍ　ａｎ　ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　ｆｏ０ｔ—　ｐｒｉｎｔ　ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ．Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ，１９９７，２０：３～２４．　１４．Ｗａｃｋｅｒｎａｇｅｌ　Ｍ，Ｏｎｉｓｔｏ　Ｌ，Ｂｅｌｌｏ　Ｐ，ｅｔ　ａ１．Ｎａｔｉｏｎａｌ　ｎａｔｕｒａｌ　ｃａｐ—　７．高长波，张世喜，莫创荣，等．广东省生态可持续发展定量研究：　生态足迹时间维动态分析ＥＪ－１．生态环境，２００５，１４（１）：５７￣６２．　８．王健民，王伟，张毅，等．复合生态系统动态生态足迹分析ＥＪ－１．　生态学报，２００５，１４（２）：２９２０￣２９２７．　ｉｔａｌ　ａｃｃｏｕｎｄｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ　ｃｏｎｃｅｐｔ．Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ，１９９９，２９：３７５～３９０、　９．蒋莉，陈治谏，沈兴菊，等．生态足迹影响因子的定量分析——以　中国各省（区市）１９９９年态足迹为例ＥＪ－１．长江流域资源与环境，　２００５，１４（２）：２３９～２４３．　１５．Ｃｏｎｓｔａｒｔｚａ　Ｒ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ’Ｓ　ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ　ａｎｄ　ｎａｔｕｒｅ　ｃａｐｉｔａ１．Ｎａｔｕｒｅ．１９９７，３８６：２５３～２６０．　１Ｏ．自艳莹，王效科，欧阳志云，等．苏锡常地区生态足迹分析ＥＪ－１．　资源科学，２００３，２５（６）：３ｌ～３７．　１６．赖力，黄贤金．全国土地利用总体规划目标的生态足迹评价研　究ＥＪ－１．农业工程学报，２００５，２１（２）：６６￣７１．　４９—