题目：基于MFC的重金属在线监测研究

    当前水体中重金属污染正日益严重，亟需研制有效的传感器对它们进行实时在线定量监测。然而在众多重金属传感器中，基于微生物燃料电池(MFC)理论与技术的生物传感器是较理想并易于实现的，因为它具有成本低廉、环境友好，能够鲁棒运行等优点。MFC中具有电化学活性微生物在氧化还原反应的代谢过程中产生电子，能够输出开路电压，形成闭合回路后便形成电流。而重金属的毒性能够降低微生物的电化学活性，这种毒害作用能通过MFC产电性能的变化表现出来。正是利用了这一特点，本研究建立了重金属浓度与MFC产电电压之间精确的定量关系模型，并研制了MFC重金属传感器设备的物理样机。
    本论文详细地介绍了基于MFC理论和技术的重金属传感器设备的设计与研制，并对设备的硬件和软件进行了具体的论述，如它的硬件组成，以及各个部分的功能，包括重金属监测报警功能、运行状态显示功能和运行数据存储功能等。同时以常见的重金属镉(Cd)污染物作为研究对象，通过实验获得了其浓度与MFC产电电压之间大量的数据，利用系统辨识得到了它们的输入—输出传递函数模型，利用Pade方法对模型中的延迟环节进行了近似，然后在时域和频域中将此模型设计成为理想的闭环控制系统，系统中的控制器输出就是对Cd浓度的预测。本研究通过数值仿真的方法对模型进行了有效性检验，并将它嵌入单片机快速原型设计为实际的Cd浓度传感器，从而为水体中重金属的监测设备设计和研发开辟了新的思路。
    在建立了基于MFC闭环控制系统的重金属Cd监测设备的软硬件平台后，本研究对设备的运行状态进行了分析，并对设备的各项功能进行了测试。经测试，监测设备运转良好，各模块的功能，包括报警功能、状态显示功能、数据存储功能，以及设备执行单元功能等运行正常，结果符合预期的设计要求，能够进行有效地对重金属进行实时在线监测。文章最后总结并分析了MFC重金属监测设备的设计和模型等方面存在的不足之处，并指出了该理论和技术在未来的发展方向。