环境监测技术的应用现状及未来发展

第一篇：环境监测技术的应用现状及未来发展

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环境监测技术的应用现状及未来发展

环境监测技术的应用现状及未来发展

摘 要：本文首先介绍了环境监测的内涵、作用及其对象，在此基础上重点介绍了生物技术和3S技术等现代监测技术，并结合当前我国环境特点分析了未来环境监测技术的发展趋势。

最近今年，我国资源、环境危机进一步加剧，环境污染蔓延趋势加剧，持久性有机污染物（POPs）和新污染物质的危害逐渐凸显，我国的环境风险进一步加剧，在此背景下，加强环境监管和生态环境应急预警体系的建设正成为政府环保工作的重中之重[1]。众所周知，环境监测是环境管理的重要手段和环境决策的技术基础，因此，发展现代环境监测技术对我国环境保护和管理工作具有实际意义。本文结合我国环境监测现状，重点探讨了环境监测的内涵、应用和发展趋势。

一、环境监测的内涵

众所周知，环境监测是环境执法、环境质量现状和变化趋势评价的重要手段之一，其英文翻译为“monitor”，原指监视、监控之意，但随着我国环境污染的不断加剧，广义的环境监测包括对环境污染和环境质量等的监测。

1.环境监测的内涵

所谓环境监测，即通过对数据的研究和评估，探讨环境污染源及其变化趋势，描述环境受污染的程度，全面、准确、及时的反映环境现状及其发展趋势。

2.环境监测的作用

环境监测有助于环境污染的防治以及环境的改善，有助于协调环境和人类社会的关系，是环境执法的依据和重要手段，更是环境管理、规划与决策的重要科学依据。

3.环境监测的对象

按照介质不同，环境监测对象可大致分为水质污染监测、生物污染监测、大气污染监测、土壤及固体废弃物监测等几大类。

二、环境监测技术的应用现状

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我国环境监测技术虽起步较晚，但发展较快，总体呈现以下特点：①环境监测由单一分析发展到多种技术手段监测；②环境监测由断续性监测发展到全自动监测；③环境监测完成了方法、制度和体系的建设；④监测技术正朝着现代化，监测手段也朝着自动化和系统化的方向不断发展，目前，生物技术、3S技术和信息技术正成为我国环境监测的主流技术[2,3]。

生物技术主要分为生物大分子标记物检测技术和PCR技术。其中前者主要包括生物大分子标记物及其检测技术有核酸分子损伤检测技术、报告基因标记技术、DNA芯片技术和酶分子标记物检测等。后者是在体外合成特异性DNA片段的方法，只要在试管内提供DNA体外复制所需的原料（DNA聚合酶、模板核酸、寡核苷酸引物、四种三磷酸脱氧核苷酸），其原理类似于生物体内DNA的复制。

3S技术主要应用于水资源调查评价和水环境监测。其中前者主要用于流域水文模拟、水资源评价和基于GIS的土地利用状况分析，后者以GIS为信息处理平台，可实现对水域分布变化、水体沼泽和水体富营养化等进行监测。此外，3S技术还可以在湿地资源动态变化监测中的进行应用，运用多时相、多平台的遥感动态变化监测技术及时获取湿地动态信息，通过地理信息系统技术的空间分析功能和数据管理功能对遥感技术获取的湿地信息进行实时更新，可获得湿地的动态变化情况。

信息技术主要分为无线传感器网络技术和PLC技术。环境监测应用中无线传感器网络属于层次型的异构网络结构，最底层为部署在实际监测环境中的传感器节点。向上层依次为传输网络、基站，最终连接到Internet。传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块组成。而可编程逻辑控制器（PLC）是集自动化技术、计算机技术和通信技术于一体的新一代工业控制装置，在结构上对耐热、防尘、防潮、抗震等都有精确考虑，在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施，非常适用于条件恶劣的户外及工业现场。对雨水的远程监测及控制对于农业生产及防洪抗旱有着积极的意义。

三、我国环境监测技术的发展趋势

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经过多年的发展，我国环境监测技术取得了长足的进步，为我国环境保护和管理工作做出了巨大的贡献。通过对我国环境监测发展历程及其规律的考察，笔者认为我国环境监测技术的未来发展总体呈现以下趋势。

1.监测技术

监测技术向国际化、现代化、多元化方向发展，将更多的先进技术，如气体采样吸附技术、微波技术等应用到环境监测当中。

2.监测仪器

重点向高自动化、小型化、高精密化的研制方向发展。

3.监测方法

向分析项目系统化方向发展。

4.监测精度

向痕量分析甚至超痕量分析方向发展。许多有毒有害物质，其浓度虽然很低，但对人体的危害极大。因此，要想控制这类污染物质，必须先发展痕量和超痕量分析技术，掌握其污染现状。

5.监测重点

①加强对三废为代表的重度工业污染源的监测；②监测分析项目以有机污染物质的监控为主；③建立健全环境监测预警应急监测系统。

6.监测介质

从监控介质上，将对水、悬浮物、沉积物、大气、生物界面整个体系的有毒有害的“三致”物质作全面监控。基于多种有毒污染物如多环芳烃类、多氯联苯类、某些重金属等在环境介质中能积累、迁移、转化的事实，要保障环境安全，不能局限在只对水质加以监测、保护，还要考虑与水体相关的环境介质（水/悬浮物/沉积物/大气/生物界面）的综合作用。

四、结语

环境监测作为环境保护和管理工作的前提和重要基础，其对政府的环境管理决策起着举足轻重的作用。各级政府应当高度重视我国的环境监测工作，加大投入，以科学化、系统化、规范化和法制化为根本目标，大力发展现代监测技术，更新现代监测设备，并努力提高监

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测人员的基本素质，从而构建出独具中国特色的环境监测管理技术体系。

参考文献

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第二篇：环境监测技术的应用现状及发展趋势

环境监测技术的应用现状及发展趋势

摘要：在环境问题日益严峻和环境保护工作不断深入的今天，环境监测技术成为了影响环保工作开展的重要因素。利用现代环境监测技术对污染物进行准确、及时的监测和分析，对实现环境污染的预防和控制具有重要的现实意义。本文通过对现有研究结果的分析，总结了环境监测技术的应用现状，3S技术、生物技术、信息技术、物理化学科学技术在水、大气、土壤等环境介质的污染物监测中应用广泛。同时，本文对环境监测技术的未来发展趋势进行了探讨，将向着以有机污染物作为监测的主要目标、监控介质范围扩大、监测分析精度痕量化、分析技术快速化、实验室管理系统应用广泛化的方向发展。关键词：环境监测；环境保护；技术；污染

Application Status and Development Trends of Environmental

Monitoring Technology Abstract：Today, environmental problems are increasingly serious and environmental protection workis deepening, and environmental monitoring technology has become an important factor affecting the environmental work to carry out.Using modern environmental monitoring technology to monitor and analyze the pollutants accurately and timely has important practical significanceto prevent and control the environmental pollution.By analyzing the results of existing studies, this paper summarizes the application status of the environmental monitoring technology.3S technology, biotechnology, information technology, physical and chemical science and technology are widely used in the monitoring of contaminants in water, air, soil and other environmental media.At the same time, this paper discusses the development trends of environmental monitoring technology, it will be toward to regard the organic pollutants as the main monitoring targets, expand the scope of monitoring media, analyze to achieve mark quantization, analyze fast, and use the laboratory management system widely in the direction of development.Key words： Environmental monitoring；Environmental protection；Technology；Pollution 引言

近年来，随着经济的快速发展，环境问题日益严峻，环境问题和人民生产生活息息相关，保护环境刻不容缓。环境监测不仅是加强环境监督与管理的重要手段，也是保护环境的前提和基础。随着环境问题的不断凸显，政府及社会各界不断地提高环境保护意识，从而对环境监测技术提出了更高的要求。因此，分析总 结当前环境监测技术的应用现状并在此基础上探讨其未来的发展趋势是十分必要的，具有很强的现实意义和重大的战略意义。

本文简要介绍了环境监测的内涵、作用及发展历史，总结分析了环境监测技术的应用现状并对其发展趋势进行了探讨，为今后环境监测工作的开展提供了更多的分析资料，促进环境监测技术的开发与完善，对实现人类的可持续发展具有重要的意义。环境监测概述

2.1 环境监测的内涵及作用

环境监测(Environmental Monitoring)是环境科学和环境工程的重要组成部分，是在环境分析的基础上发展起来的一门学科。它是指运用各种分析、测试手段，对影响环境质量因素的代表值进行测定，确定环境质量(或污染程度)及其变化趋势，从而为开展环境工作提供服务的活动。

环境监测的目的是运用现代科学方法，对人类赖以生存的环境质量进行定量描述，用监测数据来表示环境质量受损程度，准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划提供科学依据，进而保护人类正常生存与发展。具体有以下几个方面[1]：对污染物及其浓度(强度)作时间和空间方面的追踪，掌握污染物的来源、扩散、迁移、反应、转化，了解污染物对环境质量的影响程度，并在此基础上对环境污染作出预测、预报和预防；了解和评价环境质量的过去、现在和将来，掌握其变化规律；收集环境背景数据、积累长期监测资料，为制订和修订各类环境标准、实施总量控制、目标管理提供依据；实施准确可靠的污染监测，为环境执法部门提供执法依据；在深入广泛开展环境监测的同时，结合环境状况的改变和监测理论及技术的发展，不断改革和更新监测方法与手段，为实现环境保护和可持续发展提供可靠的技术保障。

环境监测在人类防治环境污染，解决现存的或潜在的环境问题，改善生活环境和生态环境，协调人类和环境的关系，最终实现人类的可持续发展的活动中，起着举足轻重的作用。

环境监测的对象大致分为以下两种：一种是自然环境，包括水源、大气、土 壤等；另一种是人文环境，包括固体废弃物、环境生物、噪音、放射性物质等。环境监测通常包括背景调查、确定方案、优化布点、现场采样、样品运送、实验分析、数据收集、分析综合等过程。

2.2 环境监测的发展历史

20世纪50年代，针对发达国家不断发生的化学毒物造成的严重环境污染事故，对环境样品进行化学分析以确定其组成和含量的环境分析便成为这个阶段环境监测的主要特征。自20世纪60年代末开始，环境监测逐渐引入物理的、生物的手段，这一时期的监测工作以对污染源的监督性监测为主要特征。自20世纪70年代中期以来，发达国家把环境监测焦点从对污染源监控转移到环境质量监控上来，使环境监测范围发展到面源污染及区域性环境质量方面。20世纪80年代初，发达国家相继建立了自动连续监测系统和宏观生态监测系统，并借助地理信息系统技术、遥感技术和全球卫星定位系统技术，连续观察空气、水体污染状况变化及生态环境变化，预测预报未来环境质量，扩大了环境监测范围，提高了监测数据的获取、处理、传输、应用的能力，为环境监测动态监控区域环境质量乃至全球生态环境质量提供了强有力的技术保障，极大促进了环境监测的现代化发展，实现了监测的实时性、连续性和完整性。

我国环境监测起步较晚，经过30多年的发展，现已发展到物理监测、生物监测、生态监测、遥感、卫星监测，从间断性监测逐步过渡到自动连续监测。监测范围从一个断面发展到一个城市、一个区域乃至全国。一个以环境分析为基础，以物理测定为主导，以生物监测、生态监测为补充的环境监测技术体系已初步形成[2]。环境监测技术的应用现状

3S技术、生物技术、信息技术、物理化学科学等现代化监测技术已被广泛应用于大气环境监测、水资源调查评价等监测工作。3.1 3S技术在环境监测中的应用

3S技术是以遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)为基础，将这三种独立技术与其他高新技术有机地构成一个整体而形成的一项新的综合技术，它集信息的获取、处理和应用于一身，凸显信息获取与处理的高速、实时与应用中的高精产度、可定量化等方面的优点[3]。3.1.1 3S技术在水资源管理中的应用

当前国内外3S的技术在水资源的调查与评价上的应用是非常广泛的。其主要应用在流域水文模拟、水资源评价、生态环境变迁分析、生态耗水变迁分析、监测水体沼泽、监测水体富营养化等等[4]。在水质遥感监测方面，近几年来，对构成水的质量的一些要素进行定量监测的研究有了一定的进步，这些要素包括浑浊度、总悬移质泥沙含量、pH值、总含氮量等等。

卫星遥感监测技术已经广泛应用于海洋环境监测，并取得良好成效。一般陆地卫星的多光谱扫描仪是用于沿海悬浮泥沙含量和其扩散状态的监测；用于工业排污与生活污水的监测。在1972—1977年间出现了3次大范围海上溢油问题，采用海洋水色成像仪与沿岸带水色扫描仪用于悬浮物浓度或者海域叶绿素的分析，实现全天24小时的海洋油污实时监测，具体监测溢油的分布范围、油膜厚度、移动扩散状况和溢油量等。3.1.2 3S技术在湿地研究中的应用

(1)3S技术在湿地资源动态变化监测中的应用。

运用多时相、多平台的遥感动态变化监测技术及时获取湿地的动态信息，通过地理信息系统技术的空间分析功能和数据管理功能对遥感技术获取的湿地信息进行实时更新，可以获得湿地的动态变化情况[5]。

(2)3S技术在湿地制图中的应用。

迄今，中国、加拿大和爱沙尼亚等国已经出版了国家沼泽湿地图。中国运用3S技术还编制了不同比例尺的湿地景观生态图[6]；完成了黄河三角洲1：5万和1：10万地图的编制[7]等。3.1.3 3S技术在土壤环境监测中的应用

过土壤波谱分析，应用高光谱遥感数据能较好地探测土壤表层或浅表层的性状，并且结合相应的野外采样测量或实地观察建立起各种不同类型的分析模型，对土壤机械组成、酸碱度、水、养分含量、矿物质等参量、土肥状况等实现定量观测[8]。自2003年起，中国科学院在高光谱遥感技术的支持下对青藏高原地区2003—2010年表层土壤水分进行了成功反演[9]，从而为脆弱生态区土壤环境的监测奠定了基础。

为了保护土壤，防止土壤侵蚀面积不断扩大，美国农业部自然资源保护局运用3S技术开展全国土壤资源调查，并且进行小流域调查与制图。在此基础上，美国国家土壤侵蚀研究实验室建立了诸如土壤侵蚀方程、评价土壤侵蚀模型、水蚀预报模型、风蚀预报系统等[10]，从而为各种情况下土壤侵蚀预测和评价提供技术和方法支持。

此外，在草地、森林等生态系统相关领域的环境监测中，3S技术都在发挥着重要的作用。

3.2 生物技术在环境监测中的应用

随着生物技术的迅猛发展，以现代生物技术为代表的高新技术在环境科学中得到了越来越广泛的应用。现代生物技术是以DNA重组技术的建立为标志的多学科交叉的新兴综合性技术体系，它以分子生物学、细胞生物学、微生物学、遗传学等学科为支撑，与化学、化工、计算机、微电子和环境工程等学科紧密结合和相互渗透，极大地丰富了各学科的内涵，推动了科学理论和应用技术的发展。

现代生物技术正被利用或嫁接到环境监测领域，构成了现代生物监测技术。目前，在环境监测领域，应用比较广泛的有生物大分子标记物检测技术和PCR(多聚酶链式反应)技术，此外，当今研究和应用比较广泛的生物技术还有单细胞凝胶电泳、生物传感器、酶联免疫技术等。3.2.1 生物大分子标记物检测技术

生物大分子标记物监测技术可以在分子水平阐述分子适应等生态问题的机制，具有预警性和广泛实用性的特点，有助于更好地揭示生物与环境之间的相互作用机制，为污染环境的生物修复提供理论依据。主要的生物大分子标记物及其检测技术有核酸分子损伤检测技术、报告基因标记技术、DNA芯片技术、酶分子标记物检测、金属硫蛋白的检测、抗氧化剂防御系统的检测等。3.2.2 PCR技术

多聚酶链式反应(简称PCR)技术是在体外合成特异性DNA片段的方法，其原理类似于生物体内DNA的复制。通过选择生物的一段特异性基因进行体外扩增，再由凝胶电泳等DNA分析技术确定其种类及含量。近年来，依据PCR分析突变的相关技术进展很快，主要有[3]：寡核苷酸探针杂交；DNA直接测序；限制性内切酶图谱；变性梯度凝胶电泳等。

作为最现代的生物技术之一的PCR技术，具有快速、灵敏、准确、简便、特异性强的特点，可以针对某种或某几种致病微生物作出检测判断，因此在水环境微生物检测中应用越来越广泛。

Tay等[11]利用特异性16S rDNA 引物扩增两种甲苯降解菌。荧光定量PCR 结果显示：自养黄色杆菌和分枝杆菌在甲苯污染地区的数量比非污染地区的高，这与先前调查结果一致。但自养黄色杆菌只在污染地区夏季有相对短暂的繁盛，而分枝杆菌超过5个月时数量仍很高，表明了分枝杆菌在甲苯降解方面比想象的更为重要[12]。

Cummings等[13]通过荧光定量 PCR 技术监测了沿湖泊重金属污染浓度梯度中还原铁离子泥土杆菌家族的丰度与分布。结果表明其分布相对均匀，泥土杆菌家族的分布不受重金属离子浓度的影响。

何闪英等[14]为建立快速、准确鉴定和定量检测赤潮生物的方法，以圆海链藻为例，以其中18S rDNA序列为寻找种特异性引物的靶区域，通过分析 18S rDNA 序列，设计出适合用于荧光定量PCR的引物与探针，并通过常规PCR验证确定其特异性，进而以圆海链藻荧光定量PCR的引物和探针，建立了定量检测圆海链藻的实时荧光定量PCR检测方法。与传统的显微镜计数方法比较，两 者所获结果无显著性差异，证明了本方法的可行性，从而为我国沿海水域赤潮问题的研究提供了良好的技术检测途径。

变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术在微生物群落多样性和种群动态监测中得到广泛使用[15]。赵兴青[16]等从玄武湖、莫愁湖和太湖沉积物中直接提取微生物总 DNA，然后通过 DGGE技术指纹图谱来分析湖泊表层沉积物中微生物群落结构的差异性，结合条带回收、扩增、序列测定，从而了解不同湖泊和相同湖泊不同位点的微生物群落结构的多样性。3.2.3 其他生物技术

单细胞凝胶电泳(SCGE)，即彗星试验是一种通过检测DNA链损伤来判别遗传毒性的技术。环境中的遗传毒物浓度一般很低，而彗星试验检测低浓度遗传毒物具有高度灵敏性，所研究的细胞不需要处于有丝分裂期。同时，这种技术只需要少量细胞[17]。Mirjana Pavlica等[18]用暴露在五氯苯酚(PCP)中的淡水蚌类血细胞进行彗星试验，观察血细胞中DNA损伤程度。在进行实验室实验和原位实验后，发现高浓度的 PCP(80g/L)会引起血细胞中DNA断裂，表明用彗星试验检测DNA损伤能够监测水体中的PCP污染。

生物传感器[19]是将生物学、化学和物理学融为一体的一种新装置，可以根据生物的酶、亚细胞器以及细胞或组织对污染的反应，将其转换为电信号，通过放大系统显示，再用计算机系统处理检测信号，实现自动化监测。目前，这种生物传感器技术可以对水质的BOD进行快速监测。

3.3 信息技术在环境监测中的应用

随着计算机、网络等现代信息技术在各领域应用的不断深入，信息技术已经被广泛应用于环境监测中。3.3.1 无线传感器网络技术

环境监测应用中无线传感器网络属于层次型的异构网络结构，最底层为部署在实际监测环境中的传感器节点。向上层依次为传输网络、基站，最终连接到网络。通过该技术能够将监测的数据传送到数据处理中心，监护人员(或用户)可以 通过任意一台连入网络的终端访问数据中心，或者向基站发出命令。

许妍等[20]研究的基于无线传感器网络技术的农田灌溉系统可实现对农田土壤的湿度、温度等参数的在线监测和实时控制，从而提高了农业生产效率。3.3.2 PLC技术

可编程逻辑控制器(PLC)是集自动化技术、计算机技术和通信技术于一体的新一代工业控制装置，在结构上对耐热、防尘、防潮、抗震等都有精确考虑，在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施，非常适用于条件恶劣的户外及工业现场[21]。此外，可以用于雨水的远程监测，对于农业生产及防洪抗旱有着积极的意义，还可以对河水水位、流速、水质的测量实现远程监视。

3.4 物理化学科学在环境监测中的应用

近年来，由于高分子化学、分析化学、物理科学等科学的不断发展与完善，物理化学科学在环境监测中有了较为广泛的应用。3.4.1 动态膜压法监测技术

动态膜压法的理论基础是Gibss用热力学的方法推导出的吸附公式，该方法不需要对水样进行预处理，不同性质、不同浓度的有机成膜分子可以得到不同的动态膜压图谱，有效地将成膜分子的状态、结构及分子间的相互作用等反应出来。并且不需要添加任何化学试剂，无二次污染，外界干扰因素小，测定速度快，灵敏度高。用此法可对受污染水体以及其他未知天然水系的微表层进行研究[22]。3.4.2 DOAS技术

差分光学吸收光谱技术(DOAS)的工作原理是利用分子的窄带吸收光谱来辨别气体的成分，通过其吸收谱的强度推导被测气体的浓度，其理论基础是朗伯比尔定律。DOAS系统通过一系列优化的数据处理流程和环节，可以成功地监测大气中多种气体成分的浓度。此外，物理化学方法如电感耦合等离子体质谱(ICP—MS)法、激光熔蚀法(LA)、氢化物发生法(HG)、偏振能量色散X射线荧光光谱法等在土壤样品分析，尤其是痕量元素的测定及分析中得到较广泛的应用[23]。环境监测技术的发展趋势

环境监测技术经过几十年的发展，在实践中发挥着重要的作用。随着社会的发展，环境监测技术也在进一步的发展，从目前环境监测技术的发展来看，未来的发展趋势主要表现在以下几方面。

4.1 以有机污染物作为在线监测的主要目标

通过对大量的研究数据和结果的分析可以了解到，目前有机污染物的污染十分严峻，而且这些有机污染物都有毒有害。因此，对有机污染物进行监测已经成了当前的一项重要任务。所以，今后需要适时的、全面的、系统的开展有机污染物的监测工作，及时有效地将环境中的有机污染物监测出来。

4.2 扩展监控介质范围，对有毒有害物质进行全面监控

多环芳烃类、多氯联苯类以及某些重金属有毒污染物会在一定的外界条件影响下，在不同的环境介质如大气、水、沉积物中迁移、转化和积累，因此，需要对多种环境介质进行监控，实现对有毒有害物质的全面监测，保证人类健康和环境安全。

4.3 运用痕量分析，提高监测分析精度

环境中的许多有毒有害物质，尽管其浓度很低，但是会对人体造成巨大的伤害。因此，有必要发展和使用痕量和超痕量分析技术，进一步提高监测的精度，全面掌握受污染的状况，以便采取有效措施，预防和控制污染物对人体和环境的危害。4.4 监测分析器小型化，现场快速分析技术得到普及

在环境管理的实践中，往往需要对一些污染事故的现场进行监测，包括污染物排放源和现场污染情况等，这就需要对污染进行定性和分析，及时分析出某种污染物的类别、构成或浓度，因此，有必要发展和使用现场快速分析技术，以便能够更加有效的对现场污染进行监测，而监测仪器的小型化也为其提供了物质保障。

4.5 实验室管理系统将得到广泛应用

使用实验室管理系统(LIMS)，能够进一步提高实验室的管理水平，提高实验室采集数据和分析数据的自动化程度，减少人为因素的干预，进一步确保数据的原始性和准确性。从而达到降低成本，规范数据分析的目的，促进数据分析工作的流程化。还可以加深管理人员对实验室基本情况的认识和了解，及时发现不符合规定的管理行为，并积极采取措施加以改进，从而规范实验流程，提高数据的可靠性，降低实验室的运行成本，提高工作效率。小结

环境监测技术能够为环境保护提供科学合理的依据，对防治环境污染，加强环境保护有着重要的现实意义。环境监测技术的发展不是一朝一夕的事情，需要一代人甚至几代人的不断努力。只有了解环境监测技术的现状，坚持不懈地完善环境监测技术，才能保证环境监测的可靠性。在今后的工作实践中，我们需要重视环境监测技术的运用，加大资金投入，进一步规范环境监测的各项工作，提升监测技术、更新监测设备、提高监测人员的综合素质，建立健全完善的环境监测体系，推动环境监测工作的进一步发展，从而实现人类的可持续发展。参考文献

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第三篇：生物制药技术的发展现状及未来趋势

生物制药技术的发展现状及未来趋势 哈药集团制药总厂103车间 雷中良 张晓红

论文摘要：生物技术药物(biotech drugs)或称生物药物(biopharmaceutics)是集生物学、医学、药学的先进技术为一体，以组合化学、药学基因（功能抗原学、生物信息学等高技术为依托，以分子遗传学、分子生物、生物物理等基础学科的突破为后盾形成的产业。现在，世界生物制药技术的产业化已进入投资收获期，生物技术药品已应用和渗透到医药、保健食品和日化产品等各个领域，尤其在新药研究、开发、生产和改造传统制药工业中得到日益广泛的应用，生物制药产业已成为最活跃、进展最快的产业之一。关 键 词：生物制药技术 现状 分类 趋势

有些学者认为，20世纪的科学技术是以物理学和化学的成就占主导地位，而21世纪的科学技术是以生物学的成就占主导地位。无论这种说法是否得到普遍的认同，生物技术是当今高技术中发展最快的领域似乎是不争的事实。科学家预测，生命科学到2015年会取得革命性进展。这些进展可以帮助人类解决很多目前无法医治的疾病的治疗问题，彻底消除营养不良，改善食品的生产方式，消除各种污染，延长人类寿命，提高生命质量，为社会安全和刑侦提供新的手段。有些成果还可以帮助人类加速植物和动物的人工进化以及改善生态环境对人类的影响等。产生新的有机生命的研究也会取得进展。

一、生物制药现状

目前生物制药主要集中在以下几个方向： 肿瘤 在全世界肿瘤死亡率居首位，美国每年诊断为肿瘤的患者为100万，死于肿瘤者达54.7万。用于肿瘤的治疗费用1020亿美元。肿瘤是多机制的复杂疾病，目前仍用早年在期诊断、放疗、化疗等综合手段治疗。今后10年抗肿瘤生物药物会急剧增加。如应用基因工程抗体抑制肿瘤，应用导向IL-2受体的融合毒素治疗CTCL肿瘤，应用基因治疗法治疗肿瘤(如应用γ-干扰素基因治疗骨髓瘤)。基质金属蛋白酶抑制剂(TNMPs)可抑制肿瘤血管生长，阻止肿瘤生长与转移。这类抑制剂有可能成为广谱抗肿瘤治疗剂，已有3种化合物进入临床试验。免费论文66 wen.com网 神经退化性疾病 老年痴呆症、帕金森氏病、脑中风及脊椎外伤的生物技术药物治疗，胰岛素生长因子rhIGF-1已进入Ⅲ期临床。神经生长因子(NGF)和BDNF(脑源神经营养因子)用于治疗末稍神经炎，肌萎缩硬化症，均已进入Ⅲ期临床。

美国每年有中风患者60万，死于中风的人数达15万。中风症的有效防治药物不多，尤其是可治疗不可逆脑损伤的药物更少，Cerestal已证明对中风患者的脑力能有明显改善和稳定作用，现已进入Ⅲ期临床。Genentech的溶栓活性酶(Activase重组tPA)用于中风患者治疗，可以消除症状30%。自身免疫性疾病 许多炎症由自身免疫缺陷引起，如哮喘、风湿性关节炎、多发性硬化症、红斑狼疮等。风湿性关节炎患者多于4000万，每年医疗费达上千亿美元，一些制药公司正在积极攻克这类疾病。如 Genentech公司研究一种人源化单克隆抗体免疫球蛋白E用于治疗哮喘，已进入Ⅱ期临床;Cetor′s公司研制一种TNF-α抗体用于治疗风湿性关节炎，有效率达80%。Chiron公司的β-干扰素用于治疗多发性硬化病。还有的公司在应用基因疗法治疗糖尿病，如将胰岛素基因导入患者的皮肤细胞，再将细胞注入人体，使工程细胞产生全程胰岛素供应。冠心病 美国有100万人死于冠心病，每年治疗费用高于1 170亿美元。今后10年，防治冠心病的药物将是制药工业的重要增长点。Centocor′s Reopro公司应用单克隆抗体治疗冠心病的心绞痛和恢复心脏功能取得成功，这标志着一种新型冠心病治疗药物的延生。基因组科学的建立与基因操作技术的日益成熟，使基因治疗与基因测序技术的商业化成为可能，正在达到未来治疗学的新高度。转基因技术用于构造转基因植物和转基因动物，已逐渐进入产业阶段，用转基因绵羊生产蛋白酶抑制剂ATT，用于治疗肺气肿和囊性纤维变性，已进入Ⅱ，Ⅲ期临床。大量的研究成果表明转基因动、植物将成为未来制药工业的另一个重要发展领域。

二、生物技术药物的分类

第一代重组药物是一级结构与天然产物完全一致的药物，第二代生物技术药物是应用蛋白质工程技术制造的自然界不存在的新的重组药物。自1982年第一个重组药物——人胰岛素上市以来，第二代生物技术药物正在取代第一代多肽、蛋白质类替代治疗剂。

1、重组蛋白质和重组多肽药物：即利用DNA重组技术，将重组对象的基因插入载体，拼接后转入新的宿主细胞，构建成工程菌（或细胞），实现遗传物质的重新组合，并使目的基因在工程菌内进行复制和表达，最后将表达的目的产物纯化并做成制剂，得到重组多肽、蛋白质类药物。如细胞因子类药物：白介素、干扰素等；抗细胞因子药物：如CD4可溶性受体等；重组溶栓药物：如重组链激酶，人源化单克隆抗体制剂，重组疫苗和菌苗制剂。

2、重组DNA药物：基因治疗是指向靶细胞或组织中引入外源基因DNA或RNA片断，以纠正或补偿基因的缺陷；关闭或抑制异常表达的基因；刺激产生相应的抗体，从而达到治疗和预防疾病的目的。重组DNA药物主要用于基因治疗，包括寡核苷酸药物，反义核苷酸等；基因药物：腺病毒-IL-2，腺相关病毒-凝血Ⅸ因子等；DNA疫苗：治疗乙型肝炎、艾滋病的核酸疫苗等。

3、其他生物技术药物：如微生态制剂，另外还有利用生物技术生产的血液代用品、肿瘤疫苗等等。

三、生物制药展望

自从人类基因组计划完成以耒，结构基因组，功能基因组，蛋白质组等研究计划相继起动。这为生物技术的发展注入了强大的活力。各国对此十分重视，并把生物技术产业的发展作为国家经济发展中新的增长点之一。

生物学的革命不仅依赖于生物科学和生物技术的自身发展，而且依赖于很多相关领域的技术走向，例如微机电系统、材料科学、图像处理、传感器和信息技术等。尽管生物技术的高速发展使人们难以作出准确的预测，但是基因组图谱、克隆技术、遗传修改技术、生物医学工程、疾病疗法和药物开发方面的进展正在加快。

除了遗传学之外，生物技术还可以继续改进预防和治疗疾病的疗法。这些新疗法可以封锁病原体进入人体并进行传播的能力，使病原体变得更加脆弱并且使人的免疫功能对新的病原体作出反应。这些方法可以克服病原体对抗生素的耐受性越来越强的不良趋势，对感染形成新的攻势。

除了解决传统的细菌和病毒问题之外，人们正在开发解决化学不平衡和化学成分积累的新疗法。例如，正在开发之中的抗体可以攻击体内的可卡因，将来可以用于治疗成瘾问题。这种方法不仅有助于改善瘾君子的状况，而且对于解决全球性非法毒品贸易问题具有重大影响。各种新技术的出现有助于新药物的开发。计算机模拟和分子图像处理技术(例如原子力显微镜、质量分光仪和扫描探测显微镜)相结合可以继续提高设计具有特定功能特性的分子的能力，成为药物研究和药物设计的得力工具。药物与使用该药物的生物系统相互作用的模拟在理解药效和药物安全方面会成为越来越有用的工具。

到下世纪初生物技术药物的种类数目尚不会超过一般药物的总数，但生物技术制药公司总数将超过前10年的6倍。

药物的研究开发成本目前已经高到难以为继的程度，每种药物投放市场前的平均成本大约为6亿美元。这样高的成本会迫使医药工业对技术的进步进行巨大的投资，以增强医药工业的长期生存能力。综合利用遗传图谱、基于表现型的定制药物开发、化学模拟程序和工程程序以及药物试验模拟等技术已经使药物开发从尝试型方法转变为定制型开发，即根据服药群体对药物反应的深入了解会设计、试验和使用新的药物。这种方法还可以挽救过去在临床试验中被少数患者排斥但有可能被多数患者接受的药物。这种方法可以改善成功率、降低试验成本、为适用范围较窄的药物开辟新的市场、使药物更加适合适用。

总之，综合多学科的努力，通过新技术的创立可以大大拓宽发明新药的空间，增加发明新药的机遇与速度。因为这些手段可以寻找快速鉴定药物作用的靶，更有效地发现更多新的先导物化学实体，从而为发明新药提供更加广阔的前景。

第四篇：vr发展现状及未来

上周，高盛发布了关于VR的一份报告，报告称，VR和AR将成为继电脑和智能手机之后的下一代计算平台，多个行业将被重塑，而不仅仅是我们游戏、视频等。

高盛预测，到2025年，VR和AR的软硬件年销售额将达到800亿美元。如果解决了电池和移动的问题，年营收可以达到1820亿美元。

资本追逐

无论在美国还是中国，VR都是当下最热的话题，被媒体和资本竞相追逐。此前，Facebook花20亿美元重金收购Oculus公司，布局VR领域；微软也斥资1.5亿美元收购了Osterhout公司手中的81项虚拟现实技术专利。据高盛报告显示，最近两年内，有225家VC为VR/AR领域投资了近35亿美元。

在国内，巨头投资VR领域及VR企业获得高额融资的案例也层出不穷。去年4月，魔镜获1000万美元融资，投资方来自华谊兄弟、天音、爱施德、松禾资本等；7月，VR垂直门户网87870获3000万美元A轮融资；12月，大朋VR获迅雷、恺英网络3000万美元B轮投资；同在12月，赞那度宣布获得由腾讯领投的8000多万人民币A+轮投资。

VR/AR未来大发展需要的三个条件

高盛报告还分析了VR与AR区别：除了技术特点外，一般认为AR主要用于商用，而VR消费和商用都有。

高盛认为未来VR/AR未来大发展需要的三个条件：

1.在VR/AR以及相关潜在市场出现更多的应用；

2.出货量达到一定水平从而刺激各方纷纷投入研发；

3.硬件价格持续下降。

乐观情况下，市场可以达到1820亿美元。该情况下头戴显示器已经发展成新一代计算平台，解决了电池和移动的问题，从垂直市场横向多领域发展。

进展缓慢情况下，市场可能只有230亿美元。该情况下延迟、显示、安全、隐私等方面都还存在问题，VR应用主要在游戏和视频领域。游戏、直播、在线视频娱乐将成VR领域收入占比前三的领域

在高盛报告关于VR发展中等情况的预估为，到2025年，软件收入为350亿美元，硬件收入为450亿美元。其中，游戏，直播，在线视频娱乐将成为收入前三甲。

游戏预估销售额116亿美元，估计用户数达到2.16亿，估计铁杆游戏玩家都会参与VR游戏。

直播预估销售额届时会达到41亿美元，估计用户数达到9500万，可用于体育赛事、演唱会、世界事件新闻报道等。

目前NextVR已经开辟了VR直播的道路，已经开始直播了NBA比赛和美国民主党总统候选人辩论。目前直播版权是个问题，未来需要解决。

在线视频娱乐2025年销售额将达到32亿美元，反而是最小的。预计用户数达到7900万。

虚拟现实本质上是一个新的讲故事的形式，将需要不同的写作和生产技术，制作虚拟现实视频娱乐的成本因此很难被预测，可能会非常高。

商业模式会类似于IMAX对于普通电影的溢价模式，而不是完全取代。此外VR视频还有可能影响到线下主题公园的生意。国内发展现状

VR不仅仅是的国人的自HIGH，实际上，很多西方投资者和分析师也认为2016年将成为虚拟现实元年，这种论调随之带来媒体的众相追捧。

在VR这一波风潮中，国内的起步并不比美国玩，但之所以依然是美国领先主要原因一方面是整个社会的科学素养和教育背景，一个是硅谷作为世界科技中心的话语权优势，以及赢家通吃导致的资源、人才吸引力强大吸附力。

在国内，围绕VR产业链，各个领域均涌现出了一大批创业者。参与者可以分为纯创业者和巨头的跨界，后者既包括小米、三星等硬件厂商，也包括乐视等互联网视频及内容公司。从硬件方面看，VR头盔有银河数娱、3Glasses等；一体机、VR眼镜有睿悦信息Nibiru、火工坊等；内容领域，有暴风魔镜App、赞那度“旅行VR”等；周边设备领域有Virtuix的Omni体感跑步机、蚁视体感枪、“微动Vidoo”等。

与很多人想象不同，VR硬件在中国似乎并非“高大上”，甚至很廉价。目前国内市场上已有数百种不同类型的VR眼镜盒子产品，价格不过几百元，甚至不到100元。与Google Glass当初的定价天壤之别。

不论是硬件产品的定价和内容的产出都可以看出，对VR变现和占位的需求，国内要比美国更加急切。

第五篇：RFID应用现状及未来发展趋势

几年前，人们还只是从供应链的意义上来考虑RFID技术的应用——如沃尔玛式的应用。但是今天，RFID技术应用的方式正趋多样化。现在的RFID阅读器也变得更小、更便携、读取率更高；RFID标签不仅能应用于液体、金属等环境，甚至可以集成到温度传感器中。而这些技术上的进步也说明，RFID技术的应用层面总是会超出人们的想象，总是会不断地发展变化。

中国创羿RFID资产追踪和营销经理周经理曾经说过，“企业应该认识到RFID技术在供应链以外，对整个公司的业务流程所带来的价值和效益。所以，研究和你类似的企业使用RFID技术的成功案例对企业自身的发展是一个非常好的策略。”

RFID闭环应用将成主流摩托罗拉RFID产品营销部主任Chris Schaefer告诉记者，“

四、五年前开环供应链应用的风潮使大家对RFID技术刮目相看。现在，越来越多的公司开始考虑如何将RFID用于闭环应用。”目前的IT资产管理就是一种公司将RFID技术用于闭环的应用。一些资产，诸如公司的笔记本电脑和储存磁带不仅昂贵而且多含有一些敏感信息，所以公司需要特别保护。保护的方法不是用电子表格或用户登录，而是通过部署RFID系统来跟踪这些资产设备。使用RFID可以更安全地追踪到设备的位置及使用者的身份，这样就能避免因设备丢失造成的损失并能保持敏感数据的安全性。

WinWare总裁Larry Harper则将库存控制列为闭环RFID应用的另一领域。据了解，闭环RFID应用是WinWare唯一的关注点，目前行业内这种类型的应用一直在不断地增长。RFID技术可用于跟踪生产环境中的工具和用品，使用RFID跟踪有助于确保员工使用正确的物料数量，并有助于库存补货流程的自动化。RFID技术还可以用来追踪工厂内的消耗物品，因此，如果有人从指定区域取走一件物品，系统会自动要求收取费用。

RFID用于库存跟踪的另一个例子就是，惠普在包装车间内使用RFID追踪电脑资产。电脑准备发运时，RFID可以用来确保正确的配件被包装，并用来确保保修单和用户手册等语言的正确性。

RFID读写器及标签更趋小型化

那么，到底还有什么推动了RFID技术在新的市场和领域的应用？为此，Denk评价说：“读写器和标签尺寸的缩小使得RFID比以往任何时候的应用都广泛。”现在的技术越来越先进，RFID可以很容易地集成到现有的设备中，这些在以前都是不可能实现的。Schaefer则指出，便携式RFID阅读器的出现是RFID技术应用在新市场的动因之一。公司都希望采用的RFID方案能够适用于目前的业务流程，而便携式读写器恰好能做到这一点。读写器的日趋小型化，使得操作更加便捷。举例来说，RFID日前被RecycleBank用来激励消费者对废品进行回收再利用。他们在垃圾车上安装了便携式RFID阅读器，在垃圾箱上粘贴了RFID标签，用来验证每户的姓名和地址并对回收的垃圾称重。回收的数量越多，转换成RecycleBank的红利积分也就越多。这些积分可以用来购买产品和享受社区优惠。此外，便携式RFID读写器还常常用于仓库库存管理的叉车上。

另一个典型的例子就是德克萨斯州如何使用手持RFID阅读器帮助灾民撤离飓风。人们在手腕和财物上贴上RFID标签，就可以被时刻追踪，这样灾民的位置信息会不断更新，方便亲人找寻。

在接受采访时，Harpe指出：RFID标签目前也在朝小型化发展，以前的RFID标签不能用于金属环境，而今天的RFID标签不仅可以用于金属环境，还可水洗并能承受极端温度。所有这些技术上的进步都在不同程度上促进了RFID的广泛应用。一些RFID标签同传感器集成后，可以用来监测记录温度。目前，这类传感器标签冷链/食物链行业中应用广泛且效果突出。在食物链上，RFID可以实现从田间到饭桌的全程化跟踪。特别是自去年的食品安全事件爆发以来，RFID在食品安全追溯中的作用日益突出。

这些例子仅仅是目前RFID应用新领域的开始，许多公司还在探索其他的应用方式。随着技术的不断进步，RFID的应用将进一步推广。据ABI Research预测，2012年RFID产业将增长21％。