组成图示
示意图生成中
传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
生化需氧量（BOD，Biochemical Oxygen Demand）；样品基质：海水（seawater），标准液为葡萄糖/谷氨酸（GGA）磷酸盐缓冲液
检测原理
传感膜由 PVA/ORMOSILs 固定化多微生物层覆盖在 ORMOSIL 氧传感膜上。样品中的可生物降解有机物（BOD）被微生物呼吸降解，消耗膜周围溶解氧。氧浓度变化改变嵌入 ORMOSIL 的 [Ru(Ph2phen)3](ClO4)2 配合物的荧光猝灭程度：氧减少使荧光强度上升。495 nm LED 激发，580 nm 滤光后由 PMT 检测荧光强度变化。BOD 越高，微生物耗氧速率越快，荧光强度变化速率 dI/dt 或两稳态差 ΔI 越大，从而定量 BOD。系统采用初始速率法（DTM）或稳态法（SSM），在 35°C、pH 7.9、NaCl 3.2% 条件下实现快速响应。
检测灵敏度
LOD: 0.1 mg L−1；线性范围: 0.3–40 mg L−1；R^2 = 0.985；正文另报告线性范围: 0.2–40 mg L−1
效应效果
该传感器经预处理后可稳定使用 10 个月；储存 1 个月后初始荧光响应下降 10%，但充分重新活化后 BOD 响应不变，使用前需在 100 mg/L GGA 中活化 1 天。在 5.0 mg/L GGA 中 10 个样品重现性为均值 ±2.3%，10 片膜在 10 mg/L GGA 中响应在均值 ±12% 以内。5 mg/L BOD 响应时间约 3.2 min，初始速率法约 4 min 响应、<10 min 恢复。系统耐受海水高盐：NaCl 3.2% 下适用，氯离子 >4% 时响应仅下降 15%；除 Ag+、Pb2+ 外，1 mg/L 常见金属离子几乎无干扰；pH 7 以上响应稳定，35°C 最佳。与 GB BOD5 标准法比较，海水样品结果一致，作者认为适合海水 BOD 快速、稳定、原位监测。
传感器的构成
- 检测池/光学换能器：黑色密闭检测池与恒温控制器，容纳样品并维持 35°C，支撑传感膜
- 氧传感膜：ORMOSIL 膜，作为氧传感基底与荧光猝灭介质
- 信号标记物：[Ru(Ph2phen)3](ClO4)2 嵌入 ORMOSIL，氧浓度变化引起荧光强度变化
- 微生物固定化基质：PVA/ORMOSILs 膜（8% PVA，TMOS:DiMe-DMOS=1:1.2），承载微生物并增强柔性
- 识别元件：B. licheniformis、D. maris、M. marinus 多微生物（1:2:1 w/w/w），降解 BOD 并消耗溶解氧
- 光学读出组件：495 nm LED、580 nm 截止滤光片、光纤和 R928 PMT，将荧光转换为电信号
- 样品介质：磷酸盐缓冲液/GGA 标准液或海水，提供 BOD 与离子环境
中文摘要
开发了一种基于光学生化需氧量（BOD）传感膜的自动传感系统。传感膜由嵌入氧敏感钌（Ru）配合物的有机改性硅酸盐（ORMOSIL）膜构成。作者建立了多微生物固定化方法用于制备 BOD 传感膜，将枯草芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）、海洋地杆菌（Dietzia maris）和海洋杆菌（Marinobacter marinus）固定化于聚乙烯醇（PVA）/ORMOSIL 基质中。经预处理后，BOD 生物传感器可稳定工作长达 10 个月。以葡萄糖/谷氨酸（GGA）BOD 标准液为对象，在 0.3–40 mg/L 范围内线性相关系数 R^2 为 0.985；在 5.0 mg/L BOD 标准 GGA 溶液中连续测定 10 个样品，响应重现性在均值 ±2.3% 以内。研究还考察了温度、pH 和氯化钠浓度对微生物膜的影响。该 BOD 传感系统经过测试并应用于海水中 BOD 的测定。
英文摘要
An automatic sensing system was developed using an optical BOD sensing film. The sensing film consists of an organically modified silicate (ORMOSIL) film embedded with an oxygen-sensitive Ru complex. A multi-microorganisms immobilization method was developed for the BOD sensing film preparation. Three different kinds of microorganisms, Bacillus licheniformis, Dietzia maris and Marinobacter marinus from seawater, were immobilized on a polyvinyl alcohol ORMOSILs. After preconditioning, the BOD biosensor could steadily perform well up to 10 months. The linear fluctuant coefficients (R(2)) in the range of 0.3-40mgL(-1) was 0.985 when a glucose/glutamate BOD standard was applied. The reproducible response for the BOD sensing film could be obtained within +/-2.3% of the mean value in a series of 10 samples in 5.0mgL(-1) BOD standard GGA solution. The effects of temperature, pH and sodium chloride concentration on the two microbial films were studied as well. The BOD sensing system was tested and applied for the BOD determination of seawater.