近年來(lái)，生態(tài)環(huán)境與飲用水安全越來(lái)越受到社會(huì )關(guān)注，除了常規水質(zhì)指標之外，下一步微量污染物指標可能會(huì )得到廣泛的關(guān)注。9月4日，在“2020（第五屆）供水高峰論壇”上，清華大學(xué)教授/北京協(xié)同創(chuàng )新研究院環(huán)境工程研究所所長(cháng)施漢昌介紹了水中微量污染物與生物傳感技術(shù)的發(fā)展情況。

施漢昌　　

新形勢下對水質(zhì)監測的要求

　　“環(huán)境監測是生態(tài)文明建設中的重要抓手，沒(méi)有監測就沒(méi)有數據，沒(méi)有數據就不知道水怎么樣，所以環(huán)境監測對污染物精準預警、污染區有效治理和合理風(fēng)險評估來(lái)說(shuō)非常重要?！笔h昌指出，我國這些年來(lái)水質(zhì)有了很大改善，但是從全國水質(zhì)監測網(wǎng)、癌癥村分布地圖、抗生素污染地圖上來(lái)看，總的來(lái)講并不樂(lè )觀(guān)。

　　水環(huán)境中有一類(lèi)很重要的污染物稱(chēng)為微量污染物，包括農藥殘留、抗生素、內分泌干擾物等。它們在環(huán)境中的含量較少，通常在納克或微克/升(μg/L)量級，又稱(chēng)新興污染物，但是對生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康的威脅卻很大。

中國飲用水標準中的微量污染物(GB5749-2006)

美國EPA標準 (UCMR3)中的微量污染物

日本2015年飲用水標準中新增雌激素活性污染物

　　《水污染防治行動(dòng)計劃》中提到，2020年，長(cháng)江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河、遼河等七大重點(diǎn)流域水質(zhì)優(yōu)良（達到或優(yōu)于Ⅲ類(lèi)）比例總體達到70%以上，地級及以上城市建成區黑臭水體均控制在10%以?xún)?，地級及以上城市集中式飲用水水源水質(zhì)達到或優(yōu)于Ⅲ類(lèi)比例總體高于93%。

　　施漢昌指出，實(shí)際上我國的地表水Ⅲ類(lèi)標準并沒(méi)有將微量污染物指標納入其中，還只是涉及一些常規指標。而我國是抗生素、內分泌污染物和農藥的世界第一生產(chǎn)大國和第一消費大國，和很多歐美地區相比，我國水體中的微量污染物濃度較高。因此，微量有毒污染物將成為水質(zhì)監測的重點(diǎn)。

　　微量污染物的標準檢測方法多采用GC-MS、LC-MS、AA、ICP等大型儀器，價(jià)格昂貴，操作復雜。因此，我國需要具有強抗干擾能力、快速、靈敏、操作簡(jiǎn)單、成本低的監測手段，并發(fā)展廉價(jià)易操作的檢測技術(shù)和裝備以及自動(dòng)化的新型監測技術(shù)。

　　生物傳感技術(shù)及其發(fā)展

　　近年來(lái)，國際上出現了一類(lèi)新型監測技術(shù)，即生物傳感技術(shù)。生物傳感技術(shù)發(fā)展很快，可以在飲用水和水環(huán)境污染物監測中起到預警作用，用于突發(fā)事件的預警、污染物監測等。

　　生物傳感器由生物識別元件和信號轉換單元/換能器兩部分組成，它的特點(diǎn)是響應快速，能及時(shí)應對突發(fā)性污染；能夠實(shí)現在線(xiàn)、連續監測，成本低；可實(shí)現高通量檢測；具有微型化潛力，可實(shí)現原位監測。這為快速監測和預警水體安全設置了一道防線(xiàn)。

水質(zhì)監測生物傳感器的構成

　　生物傳感需要識別材料，常用的是抗體（蛋白質(zhì)）和功能核酸。它們的親和力高、穩定性好，有特異的結合性。生物識別材料通過(guò)換能器的轉換，信號的轉換增強處理輸出，形成生物傳感器。（如上圖所示）

基于光學(xué)原理的生物傳感元件

　　施漢昌介紹了一種基于光學(xué)原理的生物傳感元件——平面波導陣列傳感芯片。它是一種特殊的光學(xué)玻璃，左邊是激光器，通過(guò)光學(xué)元件把激光打到玻片里，在玻片里形成折射，然后有很小的能量釋放出來(lái)，這個(gè)能量可以把熒光染料激發(fā)，右圖有8條激發(fā)的熒光光帶，其能量可激發(fā)熒光染料并可以進(jìn)行污染物的識別。

　　他提到，生物監測技術(shù)與化學(xué)監測優(yōu)勢互補，聯(lián)合生物-化學(xué)監測可提升擴展監測功能，這是國際監測技術(shù)發(fā)展的重要內容，代表著(zhù)環(huán)境監測技術(shù)發(fā)展的前沿方向。

平面波導型熒光免疫生物傳感器

　　“常見(jiàn)生物識別材料的固定方法有吸附法、包埋法、共價(jià)偶聯(lián)法、交聯(lián)法，我們采用的是共價(jià)偶聯(lián)法?！笔h昌介紹，在生物傳感器的應用與檢測上，生物傳感器對微囊藻毒素-LR具有良好的特異性響應，而非特異性響應微弱。這個(gè)芯片每次測試后可以進(jìn)行再生，一個(gè)芯片可以再生100~200次，大大降低了檢測成本，再生后的檢測信號也很穩定。清華大學(xué)用生物傳感器檢測了各種各樣的水，比如頤和園、肖家河、太湖、巢湖的水，效果很好。

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編輯：徐冰冰