组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）/可生物降解有机物；样品基质：人工废水（以葡萄糖控制 COD）及废水。
检测原理
该传感器基于微生物燃料电池的电化学换能原理。废水中的可生物降解有机物（以 BOD/COD 表征）进入阳极室后，被附着在石墨颗粒表面的电活性细菌氧化；细菌通过细胞外电子传递机制将电子释放到石墨颗粒阳极，同时产生质子。电子经钛网和外电阻流向空气阴极，质子通过 Nafion 117 阳离子交换膜迁移至阴极，与氧发生还原反应，形成闭合回路。外电路电流大小随有机物浓度升高而增大，因此可用稳态电流或电流响应时间表征废水有机负荷。增大石墨颗粒床厚度可增加阳极表面积和生物膜接触面积，改善底物传质并降低欧姆/传质极化，从而提高电流输出并缩短达到稳态电流的时间。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
该 SCMFC 生物传感器重现性良好，碳布阳极 SCMFC 变异系数 0.53%，优于 BOD5 约 15% 的可接受重现性，也优于部分 MFC 传感器高达 10% 的标准差；MFC 型 BOD 传感器可稳定运行约 5 年。500 Ω 下，1 cm 石墨颗粒阳极稳态电流 0.108±0.011 mA，响应 4.5±0.1 h，较碳布 13±0.6 h 缩短约 65%；0.3 cm 石墨阳极电流 0.033±0.004 mA、响应 7.2±0.5 h。COD 由 70 升至 250 ppm 时，石墨阳极响应 3.5 h，短于碳布 4.5 h；下降时石墨阳极 14.0 h，长于碳布 8.8 h。小体积碳布 HRT 27 min 时上升响应 0.69 h、下降 2.0 h，库仑效率 56±4%，而 1 cm 石墨阳极 HRT 81.5 min、库仑效率 30±0.3%。
传感器的构成
- 反应腔：聚甲基丙烯酸酯管（polyacrylate tube），内径12.5 cm、长4 cm，构成单室反应器并容纳阳极液。
- 阳极：石墨颗粒（graphite granules），直径0.2–0.3 cm，填充厚度0.3或1 cm，作为电活性细菌附着和电子传递的阳极。
- 阳极集流体：钛网（titanium net）与钛导线（titanium wire），分隔颗粒床与膜并提供电连接。
- 离子交换膜：阳离子交换膜 Nafion 117（DuPont），分隔阳极室与空气阴极，允许阳离子/质子传递。
- 阴极：20 wt% PTFE 处理 Toray 碳纸负载铂催化剂（Pt/C，0.3 mg Pt cm−2，60% on Vulcan, E-tek），暴露空气，作为空气阴极。
- 识别元件：电活性细菌生物膜（electrochemically active bacteria biofilm），由厌氧污泥接种富集，氧化有机物并向阳极传递电子。
- 外部电路：外电阻（external resistance，500 Ω/50 Ω）、数据记录仪（Picow data logger）和电位仪（Gillac, ACM Instruments），用于电流读出、极化曲线与阻抗测量。
中文摘要
本研究报道了一种用于测量废水有机含量的单室微生物燃料电池（SCMFC）生物传感器，重点考察阳极表面积对传感器性能的影响。该传感器以填充石墨颗粒床作为阳极，通过改变颗粒床厚度（0.3 cm 和 1 cm）调节阳极表面积，并与碳布阳极 SCMFC 进行比较。结果表明，阳极表面积对系统动态响应具有重要影响。在颗粒床厚度为 1 cm、外电路电阻为 500 Ω 条件下，达到稳态电流 95% 所需响应时间较碳布阳极 SCMFC 生物传感器缩短约 65%。研究还比较了不同阳极材料在富集期、稳态电流、内阻、极化曲线及 COD 阶跃变化下的响应，说明增大阳极表面积可改善生物膜与主体溶液接触、提高电流输出并降低传质限制，从而提升 MFC 型 BOD/COD 在线监测性能。
英文摘要
This study reports an investigation of the effect of the anode surface area on the performance of a single chamber microbial fuel cell (SCMFC) based biosensor for measuring the organic content of wastewater. A packed bed of graphite granules was used as the anode. The surface area of the anode was changed by altering the granule bed thickness (0.3 cm and 1 cm). The anode surface area was found to play a role in the dynamic response of the system. For a granule bed thickness of 1 cm and with an external resistance of 500 Omega, the response time (defined as the time required to achieve 95% of the steady-state current) was reduced by approximately 65% in comparison to a SCMFC biosensor with a carbon cloth anode.