小型化土壤微生物燃料电池电信号放大电路的设计与运行①

邓 欢，王 日，许 静，沙亚东，李稻云，钟文辉



小型化土壤微生物燃料电池电信号放大电路的设计与运行①

邓 欢1，王 日2，许 静1，沙亚东1，李稻云1，钟文辉3,4*

(1 南京师范大学环境学院，南京 210023；2 南京师范大学强化学院，南京 210023； 3 南京师范大学地理科学学院，南京 210023；4 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心，南京 210023)

为了提高对小型化的土壤微生物燃料电池(microbial fuel cells, MFCs)产电信号的检测能力，构建了采用加Cu2+处理土壤进行产电的小型化单室MFCs，并设计和制作了基于集成运算的信号放大器，设计放大倍数100倍。将信号放大器与MFCs连接后，采用数据采集卡连续记录土壤产电的原始电压以及放大后的电压。结果显示，土壤产电电压在4 mV附近波动，而放大后的电压升至400 mV左右。统计显示原始电压与放大后的电压相关性达到极显著水平(<0.001)。同时还发现，并非每个电压数值都严格放大100倍，而是倍率存在5% 的误差，原因主要在于集成运算放大芯片存在失调误差和温度漂移误差。本研究为实现小型化MFCs产电信号的检测提供了依据。

集成运算放大器；电压；仿真电路；MFCs

土壤微生物群落中有一类具有胞外电子传递功能的细菌，称为产电细菌[1]，因此土壤中的产电微生物能够在微生物燃料电池(microbial fuel cells, MFCs)中进行产电。采用土壤进行产电的MFCs称为土壤MFCs。土壤产电电压和电流与土壤微生物活性密切相关，并且随着污染物浓度增加而降低，因而土壤产电电压和电流能够作为电信号，用于指示土壤微生物活性以及土壤污染毒性[2-4]。传统的检测指标如土壤酶活性，土壤呼吸强度等检测方法需要使用一系列的化学药品，处理不当容易造成污染[5-7]。而采用单室MFCs构型进行土壤产电，不使用化学试剂，不产生污染，也不消耗能源，相反能产生少量电能，是一种潜在的绿色、新型检测方法[8]。……