蔡宝雄　王利荣　周雅华

摘要：在人们不断追求安逸环境的过程中，环保理念在人群中也逐渐的得到了提高。尤其是对于生活中必不可少的大气有着更高的追求。在大气监测的过程中，传感器是十分重要的一个监测手段，它能够对大气检测提供实时的理论支持，将反馈的信息进行整合与治理将有效的提高大气的治理水平。本文将主要分析大气监测过程中传感器的分类以及如何运转等方面进行详细的阐述，并对其在应用过程中特定的局限性进行总结，希望为以后的大气监测和治理提供一定的理论上的支持。

关键词：传感器；监测；大气；环境

中图分类号X8 文献标识码A 文章编号2095-6363（2016）06-0046-02

人类的生产生活都离不开大气，所以说大气环境的好坏直接影响着生活的质量。在21世纪的今天，工业、交通运输发展迅速，特别是化石燃料的应用过程中粉尘以及氮氧化物和硫氧化物的肆无忌惮的排放对环境质量造成了很大的危害。在出行甚至日常生活中，也不得不佩戴厚厚的口罩，呼吸病比例呈现线性的增长。因此，如何用最新的技术去控制大气中的污染物的含量，还大家绿水青山是现在领导者首要考虑的问题。在进行控制污染物的过程中对污染物进行有效的监测是非常重要的，因为只有通过检测手段了解污染物的成分以及含量才可以采取特定的治理手段和方法，从而可以高效的提高环境治理效率。虽然现在监测手段不断的进步，传感器不仅可以实现在线监测而且还可以实现实时监测，正是因为这些优点使得传感器在监测过程中占据着重要的地位。

1.传感器的定义和工作原理

1.1传感器的定义以及类型

传感器分为物理和化学两种类型，是能够将特定的化学或者物理量转化为电信号的电能元件。高速的经济发展已经使得传感器变得非常完善，信号的转换也由原来的电信号延伸到各个领域，从而形成了一个很大的传感器体系。另外，根据性质的不同，传感器还可以分为不同的类型。其中免疫传感器和离子选择电极就是根据检测对象的不同而进行分类整理的。

1.2传感器的应用原理

传感器的组成主要包括2部分：其中第一个就是识别检测对象的分子识别系统，此系统也是实现物理化学转化为电信号的主要零件部分，它直接影响着传感器的选择质量。转换部分就是将产生的物理以及化学等变化转化为可以分析的电信号，从而可以利用电化学的手段对电信号进行收集以及整理，进行实时监测，最终对后续的治理提供良好的理论支撑。

2.大气监测应用中的传感器

2.1监测氮氧化物的传感器

氮氧化物是常见的大气污染物，过多的氮氧化物也是光化学烟雾的罪魁，严重影响着人们的身心健康，甚至危及公众的生命。氮氧化物的主要来源是化石矿物的燃烧，在光照的条件下形成严重危害环境的NO2。氮氧化物传感器原理就是利用氧电极生成一种特定的消耗亚硝酸盐的细菌，通过计算溶解氧浓度的变化来计算出氮氧化物的含量。

因为生成的细菌是以硝酸盐作为能源，而且只是以这种硝酸盐作为能源，因此，在实际的应用过程中具有唯一性不会因为其他物质的干扰而受到影响。国外一些研究学者利用膜的原理进行了更加深入的研究，从而间接的测出了空气中含量非常低的NO2的浓度。

2.2硫酸盐传感器应用

在进行大气监测的过程中除了氮化物，硫化物同样是严重影响人们生产生活的污染物。在氮氧化物中SO2，是酸雨以及酸雾形成的主要原因，而且传统的方法虽然可以测出SO2的含量，但是方法复杂而且不够准确。

最近研究学者发现特定传感器能够将亚硫酸盐进行氧化，在进行氧化的过程中会消耗一部分的氧气，这就会使电极溶解氧下降从而生成电流效应。利用传感器可以有效的得到亚硫酸盐的含量值，不但速度快而且可靠度高。

2.3二氧化碳传感器的应用

二氧化碳是形成温室效应的主要物质，在进行监测二氧化碳的过程中采用传统的方法会有不同离子以及挥发性酸的干扰，这样就会严重影响监测到的二氧化碳值。经过几年的科学发展，鲁中明等人研究出了一种利用指示剂的方法来进行监测二氧化碳的指示剂，这样的指示剂能够将190ppm以下的二氧化碳浓度精确的测量出，而且此类传感器的体积小而且耗能低。这种传感器的应用解决了在工程中长期自动监测的问题，大大的提高了工作效率。

2.4在其他类型气体中的应用

除了含量比较高的污染性其他外，一些常见的气体：甲醛、甲烷、氨等等同样是影响着人们的生活。但是由于这些气体的含量比较低，而且这些气体具有隐蔽性的特点，所以在实际的生活中往往不会受到人们的重视。祝艳涛等人通过对甲醛等气体的研究综合了一系列的研究现状，分析到现有的甲醛传感器存在的一系列问题，并且根据自己的实际研究预测了甲醛传感器的发展趋势；其他学者利用特定的细菌作为基质，可以实现对大气污染物进行不问断的监测。

3.传感器的特点以及它的局限性

传感器主要有以下几个特点：1）传感器的组成材料是生物性较好且具有选择性的分子，一般不需要预处理过程，材料的组成检测与分离可以同时进行，在测定时，不需要添加其他的物质；2）传感器的体积小，占地面积小，可以在线连续监测，能够实现对大气的实时监测；3）传感器的反应速度快，响应灵敏迅速，所需样品量少，其材料敏感，且固定化。因此可重复利用这种材料；4）传感器价格相对便宜，便于推广使用。其成本远远低于大型的分析仪器，在一些小公司的承受范围内。

传感器具有上述的优点，但是还存在着一些局限性。1）虽然传感器应用广泛，但是在实际的应用中，还存在着很多问题。主要的局限性是关于传感器的组成分子，传感器的敏感膜上的分子固定量和固定分子的活性难以掌控。这样就不能提供可靠的数据，测量的结果一致性较差，测量的精密度降低，传感器的组成分子的活性受多种因素影响，例如温度、pH值、污染程度等。这些影响因素都会降低传感器的使用寿命。另外，生物膜的制备过程复杂、成本高、成功性小，不能实现批量生产；2）测量大气环境时，对周围的环境要求严格，但是传感器的抗干扰能力不强，因此，需要开发抗干扰能力强的传感器。

4.传感器在大气监测方面的应用前景

随着社会对环境意识的提高，环境保护在人们心中占有的位置越来越高，促进了环保事业的发展。传感器应用在大气监测方面的研究越来越多，传感器的应用局限也得到了部分改善。要想提高传感器在大气监测中的应用范围，必须克服传感器自身的缺点。主要是提高传感器的准确性和灵敏度，操作简单易行，能够批量生产生物膜等。要想在市场上占有一席之地，就要从传感器质量以及价格上着手。如果传感器的成本低，操作简单，易于控制，监测简便，那么它在市场上一定是具有较大优势的。传感器以其独特的优点，必将在大气监测领域发挥出重大作用，在分析大气环境方面得到广泛的应用与发展。

5.结论

在进行大气监测的过程中，利用传感器作为研究与分析手段不但操作简单而且准确性高，最重要的是相比于传统的分析方法，该方法具有灵敏度高的特点，可以对空气中微量的气体进行监测，这就为大气环境的综合评估提供很大的数据支撑。但是任何东西都有不足之处，在使用传感器的过程中发现传感器的运行可靠性较差而且一般的传感器使用年限很短，长时间的使用就会使气体的抗干扰能力减弱，这些问题都需要研究者不断的进行修缮，只有这样才可以充分发挥传感器在环境监测中的作用。