第11章 化学传感器
11.1 什么是绝对湿度？什么是相对湿度？表示空气湿度的物理量有哪些？如何表示？
答：绝对湿度指单位体积空气内所含水汽的质量，一般用每立方米空气中所含水汽的克数表示
3(/)V H m A g m V =
相对湿度是指被测气体中，实际所含水汽蒸汽压和该气体在相同温度下饱和水蒸气压的百分比，一般用符号%RH (Relative Humidity)表示，无量纲。
除用绝对湿度、相对湿度表示空气的水汽含量外，露点温度是一个与湿度相关的重要物理量，简称露点。当空气中温度下降到某一温度时，空气中的水汽就有可能转化为液相而凝结成露珠，这一特定温度称为空气的露点或露点温度。
11.2 简述半导体湿敏陶瓷的感湿机理。半导体陶瓷湿敏传感器有那些特点？ 答：半导体湿敏电阻通常用两种以上的金属—氧化物—半导体烧结成多孔陶瓷，多孔陶瓷表面吸收水分的情况分为三个阶段，第一阶段是陶瓷在低湿区域或刚接触水汽；第二阶段是进一步吸收水分子或中等湿度环境；第三阶段大量水汽存在使晶粒界充满水分子。
半导瓷湿敏传感器有正特性和负特性两种。负特性半导体瓷湿敏电阻的电阻值随湿度增加而下降，电阻率低，阻值-湿度特性好。由于水分子中（H2）氢原子具有很强的正电场，当水分子在半导体瓷表面吸附时可能从半导体瓷表面俘获电子，使半导体表面带负电，相当表面电势变负，（P 型半导体电势下降，N 型半导体出现反型层）电阻率随湿度增加而下降。
11.3 S n O 2气敏元件的电阻值和空气中待测气体浓度C 的关系可以用经验式子描述为lg lg R m C n =+，式中，m 和n 是取决于传感器元件、测量气体种类、测量温度等因素的常数。若已经测得CO 气体在空气中的浓度为4ppm 和60ppm 时S n O 2气敏元件的电阻值分别为1MΩ和200KΩ，试确定m 和n 的值。
解：根据S n O 2气敏元件的电阻值和CO 气体在空气中的浓度的关系，将已知数据代入lg lg =+R m C n ，有
66lg10lg(410)-=?+m n
66lg(0.210)lg(6010)-?=?+m n
将上面两式相减，得
65lg 2(lg 46lg65)--=--+m
求出m =0.397
代入求得n =3.587
11.4某CO2气体传感器在20C ? ，浓度为6010010-? 时的输入特性表示为250=+Ωx R x k ，利用最简单的电阻-电压变化电路（其中110R M =Ω，E =2V ）和利用电桥进行电阻-电压变换电路（210R M =Ω，3250R k =Ω），试比较两者的输出有什么关系？
解：（1）采用图（a ）所示的电路
00.2520.2510
+==?+++x r x R x v V R R x v 0在48.78~67.63mV 之间变化。
（2）采用图（b ）所示的桥路时的输出
30230.250.25()()20.251010.25
+=-=-?++++x r x R R x v V R R R R x （2）的输出只是把（1）的结果向下平移了48.78mV ，v 0在0~18.85mV 之间变化。
引言 化学传感器（Chemical sensor）是由化学敏感层和物理转换器结合而成的，是能提供化学组成的直接信息的传感器件。它用来某种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测来进行化学测量。化学传感器在生产流程分析、环境污染监测、矿产资源的探测、气象观测和遥测、工业自动化、医学上远距离诊断和实时监测、农业上生鲜保存和鱼群探测、防盗、安全报警和节能等多个方面有重要应用。 对化学传感器的研究是近年来由化学、生物学、电学、热学微电子技术、薄膜技术等多学科互相渗透和结合而形成的一门新兴学科。化学传感器的历史并不长，但世界各国对这门新学科的开发研究，投以大量的人力、物力和财力。研究人员俱增，正在向产业化方面开展有效的工作。化学传感器是当今传感器领域中最活跃最有成效的领域。 化学传感器的重要意义在于可把化学组分及其含量直接转化为模拟量(电信号)，通常具有体积小、灵敏度高、测量范围宽、价格低廉，易于实现自动化测量和在线或原位连续检测等特点。国内外科研人员很早就致力于研究化学传感器的检测方法和控制方法,研制各式各样的化学传感器分析仪器,并广泛应用于环境监测、生产过程中的监控及气体成分分析、气体泄漏报警等。 第一章化学传感器的研究背景 1.1 化学传感器的产生与发展阶段 1906年Cremer首次发现了玻璃膜电极的氢离子选择性应答现象。随着研究的不断深入，1930年，使用玻璃薄膜的pH值传感器进人了实用化阶段。以后直至1960年，化学传感器的研究进展十分缓慢。1961年，Pungor发现了卤化银薄膜的离子选择性应答现象，1962年，日本学者清山发现了氧化锌对可燃性气体的选择性应答现象，这一切都为气体传感器的应用研究开辟了道路。 真正意义上的化学传感器的发展可分为两个阶段，在60年代和70年代,化学
1.1 传感器静态特性指标主要有线性度，灵敏度，精确度，最小检测量和分辨力等；而动态 特性指标主要有传递函数和频率特性两部分。 1.2 传感器的精度A含义是在规定条件下，其允许的最大绝对误差值相对于其测量范围的百 分数。根据精度等级概念若测得某传感器A=0.48%，则传感器应定为0.5级精度。 1.3 传感器的线性度含义是：在规定条件下，传感器校准曲线和拟合直线间的最大偏差 与满量程输出值的百分比。拟合刻度直线的方法有端基法，最小二乘法，切线法三种。 1.4 某电容式位移传感器，当被测位移变化是50um，相对电容变化输出量为 25pF，其平均灵敏度为0.5pF/um;用切线法求得线性度为1%。若用差动式电容结构，其灵敏度为1pF/um。用切线法求得线性度为0.01%。 1.5 传感器的最小检测量是指传感器确切反映被测量的最低级限量而言。最小检测量 愈小，则表示传感器的检测微量能力愈高。 2.1金属应变片工作原理是应变效应。半导体应变片的工作原理是压阻效应。二者 应变灵敏度系数主要区别是前者是受到一维应力时测得，后者是在多向应力作用下测得的；前者主要受胶层传递变形失真和横向效应影响而后者则受扩散电阻的表面杂质浓度和温度影响；前者为放应电阻相对变化以应变?的线性关系，后者为电阻率变化与?的线性关系。 2.2为提高应变片的动态测量精度，当被测应变片波长一定时，现有基长分别为 15mm和20mm两种应变片，则应选用基长为15mm的应变片，方可减少动态误差。 2.3 应变式产生温度误差的原因是应变片电阻丝具有一定的温度系数和电阻丝材料和 测试材料的线膨胀系数不同。通常采用的温度补偿法单丝自补法，双丝组合式自补法，电路补偿法。 2.4应变片传感器灵敏度系数K的测试条件是在试件受到一组应力作用时，应变片的 轴向与主应力方向一致且试件材料是泊松比为0.285的钢材。测得长值的大小比应变丝的应变灵敏度K小，其原因是胶层传递变形失真和横向效应。 2.5为减小温度误差，压阻器件一般采用恒流源供电，而器件本身受温度影响要 产生零点温度漂移和灵敏度温度漂移。因而要采用温度补偿措施。方法有串并联电阻法，在电源回路串联二极管等。 3.1 电容式传感器分布电容的存在对点测量的危害性是：显著降低灵敏度，使传感 器特性不稳定。通常采用的消除和减小分布电容方法有采用静电屏蔽措施，采用驱动电缆技术。 3.2平行板式电容传感器，变面积型可用于检测微小位移，而变介质型可用于检测 容器中液面高度（测片状材料厚度，介质常数）等。 3.3当差动式电容测量低昂利用输出电压为的形式时（E为电源电压，C1，C2为 差动电容），测具有的特点是线性输出，不需附加解调器即可直流输出，直流输出只需经滤波器简单引出。 3.4运算法测量电容传感器电路具有的特点是：输出电压U与动极片的位移d成线性 关系，从原理上解决了使用单个变间隙型电容传感器输出特性的非线性问题。 3.5 电容式差压变送器的敏感电容结构是张紧式，其主要特点是：变压器线性度良 好，输出为标准电流信号，动态响应时间一般为0.2~15S. 4.1差动电感及差动变压器的位移-电压特性均为正比(交流)特性，因而测位移存在 只能反映大小不能反映方向的问题，解决此问题的方法是采用差动整流电路和相敏
光电化学生物传感器的研究与应用 陈洪渊* 南京大学，南京，210093 *Email: hychen@https://www.doczj.com/doc/0115273171.html, 光电化学过程是指分子、离子以及固体物质在光的作用下，因吸收光子而使电子处于激发态继而产生电荷传递的过程。光电化学传感是基于物质的光电转化特性而建立起来的一种新兴的检测技术。待测物与光电化学活性物质之间的直接/间接相互作用，或者生物识别过程前后所产生的光电流（或光电压）的变化与待测物浓度之间的关系, 是光电化学传感定量的基础。在光电化学检测中，与电化学发光检测恰好相反，光被用作激发源来激发光活性物质，通过光激发所产生的电信号作为检测信号。由于采用不同能量形式的激发与检测信号，和电化学发光检测相同的是，光电化学传感的背景信号要比传统的电化学方法低。研究表明，在采用相同或类似的流程对同一种物质进行检测时，光电化学方法获得的检测限通常要比电化学方法低一个数量级。此外，由于利用电信号响应, 同传统的光学方法相比, 光电化学检测仪器设备简单、价格低廉且易于微型化。因此，这种方法在生物分析领域具有广阔的应用前景，近年发展十分迅速。随着研究的不断深入，可以预期，光电化学传感将在生物分子测定、环境监测、食品安全、新药研究和医学卫生等诸多领域发挥重要作用。目前，光电化学应用于生物传感器的各个主要研究方向，如DNA传感器、免疫传感器以及酶催化型传感器等方面都取得了迅速的发展。 本文将以本研究组现有相关工作为例，对光电化学生物传感的基本概念、原理与应用及当前的发展趋势作一扼要的评述，以期为光电化学生物传感器的进一步发展提供一定的启示。 参考文献 [1] Zhao W W, Yu P P, Xu J J, Chen H Y. Electrochem. Commun., 2011, 13, 495—497 [2] Zhao W W, Wang J, Xu J J, Chen H Y. Chem. Commun., 2011, 47, 10990—10992 [3] Zhao W W, Tian C Y, Xu J J, Chen H Y. Chem. Commun., 2012, 48, 895—897 [4] Zhao W W, Dong X Y, Wang J, Kong F Y, Xu J J, Chen H Y. Chem. Commun., 2012, 48, doi: 10.1039/C2CC17942C [5] Zhao W W, Ma Z Y, Yu P P, Dong X Y, Xu J J, Chen H Y. Anal. Chem., 2012, 84, 917—923
第11章 化学传感器 11.1 什么是绝对湿度？什么是相对湿度？表示空气湿度的物理量有哪些？如何表示？ 答：绝对湿度指单位体积空气内所含水汽的质量，一般用每立方米空气中所含水汽的克数表示 3(/)V H m A g m V = 相对湿度是指被测气体中，实际所含水汽蒸汽压和该气体在相同温度下饱和水蒸气压的百分比，一般用符号%RH (Relative Humidity)表示，无量纲。 除用绝对湿度、相对湿度表示空气的水汽含量外，露点温度是一个与湿度相关的重要物理量，简称露点。当空气中温度下降到某一温度时，空气中的水汽就有可能转化为液相而凝结成露珠，这一特定温度称为空气的露点或露点温度。 11.2 简述半导体湿敏陶瓷的感湿机理。半导体陶瓷湿敏传感器有那些特点？ 答：半导体湿敏电阻通常用两种以上的金属—氧化物—半导体烧结成多孔陶瓷，多孔陶瓷表面吸收水分的情况分为三个阶段，第一阶段是陶瓷在低湿区域或刚接触水汽；第二阶段是进一步吸收水分子或中等湿度环境；第三阶段大量水汽存在使晶粒界充满水分子。 半导瓷湿敏传感器有正特性和负特性两种。负特性半导体瓷湿敏电阻的电阻值随湿度增加而下降，电阻率低，阻值-湿度特性好。由于水分子中（H2）氢原子具有很强的正电场，当水分子在半导体瓷表面吸附时可能从半导体瓷表面俘获电子，使半导体表面带负电，相当表面电势变负，（P 型半导体电势下降，N 型半导体出现反型层）电阻率随湿度增加而下降。 11.3 S n O 2气敏元件的电阻值和空气中待测气体浓度C 的关系可以用经验式子描述为lg lg R m C n =+，式中，m 和n 是取决于传感器元件、测量气体种类、测量温度等因素的常数。若已经测得CO 气体在空气中的浓度为4ppm 和60ppm 时S n O 2气敏元件的电阻值分别为1MΩ和200KΩ，试确定m 和n 的值。
文章编号:100525630(2004)0420057205 光化学传感器及其最新进展 Ξ 徐艳平,顾铮先,陈家璧 (上海理工大学光电功能薄膜实验室,上海200093) 摘要:从传感器材料、检测方法及传感器结构几方面,围绕光化学传感器的灵敏度、选 择性和稳定性展开讨论,总结了光化学传感器近年来的最新进展,并对其今后的发展方向 做出展望。 关键词:光化学传感器;光纤传感器;表面等离子体激元共振 中图分类号:T P 212.14 文献标识码:A Recen t develop m en ts of optica l che m ica l sen sors X U Y an 2p ing ,GU ZH eng 2x ian ,CH EN J ia 2bi (L abo rato ry of Pho to 2electric Functi onal F il m s ,U niversity of Shanghai fo r Science and Techno logy ,Shanghai 200093,China ) Abstract :T he state 2of 2the 2art of op tical chem ical sen so rs is stated in th is p ap er abou t sen so r m aterials ,detecti on m ethods and sen so r structu res .T he p rop erties of op tical chem ical sen so rs such as sen sitivity ,selectivity and stab ility are discu ssed .Fu tu re p ro sp ects of op tical chem ical sen so rs are discu ssed . Key words :op tical chem ical sen so rs ;fiber op tic sen so rs ;su rface p las m on resonance 1 引 言 光化学传感器是利用敏感层与被测物质相互作用前后物理、化学性质的改变而引起的传播光诸特性的变化检测物质的一类传感器[1]。光化学传感器与其它原理的传感器相比,具有安全性好、可远距离检测、分辨力高、工作温度低、耗用功率低、可连续实时监控、易转换成电信号等优点。随着光纤技术及光集成技术的迅猛发展,光化学传感器引起了人们的极大关注,并且已经广泛地应用于工业、环境、生物医学的检测中[2]。 现首先总结了无机材料(氧化物半导体)和有机材料的应用,并介绍了溶胶凝胶工艺制备光化学传感器敏感材料方面的最新进展以及生物敏感材料。其次介绍了光谱法、干涉法、表面等离子体激元共振(su rface p las m on resonance ,SPR )等传感器检测方法的最新进展。最后对今后光化学传感器的发展做出展望。 2 传感器材料 敏感材料作为光化学传感器的重要组成部分,将直接影响传感器的各种性能,如稳定性、选择性、灵敏度和响应时间。现在研究最多的是氧化物半导体、有机半导体材料、生物识别材料等。现将从无机材料、有 第26卷 第4期 2004年8月 光 学 仪 器O PT I CAL I N STRUM EN T S V o l .26,N o.4 A ugu st,2004 Ξ收稿日期:2003209211 基金项目:上海市曙光计划资助项目(02SG 01),上海市科技发展基金资助项目(01F 032) 作者简介:徐艳平(19772),男,山东烟台人,在读博士生,主要从事光电功能薄膜及其传感器、光电精密测量与工程方面的研究。
光电化学传感器的应用研究进展 摘要：光电化学传感器是基于物质的光电转换特性确定待测物浓度的一类检测装置。光电化学检测方法灵敏度高、设备简单、易于微型化，已经成为一种极具应用潜力的分析方法。本文主要介绍光电化学传感器的工作机理、特点和应用，并对有代表性的实验进行了一定的讲述和总结。 关键词：光电化学；传感器 一、引言 20世纪70年代，人们就开始研究光照下半导体电极的电化学行为，并逐渐发展成为一门新学科——光电化学。目前，光电化学是当前电化学领域中十分活跃的一个研究方向，它是光伏打电池、光电催化、光解和光电合成等实际应用的基础。光电化学过程即光作用下的电化学过程，在光照射条件下，物质中电子从基态跃迁到激发态，进而产生电荷传递。与电化学反应相类似，在光电化学反应体系中也会产生电流的流动。因此，利用光电化学反应可以把光能转变成化学能或电能，通过其逆过程则可以把化学能或电能转换为光能。 待测物与光电化学活性物质之间的物理、化学相互作用产生的光电流或光电压的变化与待测物的浓度间的关系，是传感器定量的基础。以光电化学原理建立起来的这种分析方法，其检测过程和电致化学发光正好相反，用光信号作为激发源，检测的是电化学信号。和电化学发光的检测过程类似，都是采用不同形式的激发和检测信号，背景信号较低，因此，光电化学可能达到与电致化学发光相当的高灵敏度。由于采用电化学检测，同光学检测相比，其设备价廉。 二、光电化学的概述 1、光电化学的工作机理 要了解光电化学的工作原理，首先得研究光催化技术。光催化反应的本质是指在受光的激发后，催化剂表面产生的电子空穴对分别与氧化性物质和还原性物质相互作用的电化学过程。这里以半导体二氧化钛（TiO ）为例介绍一下光电化 2 学的工作原理。 半导体TiO 具有由价带和导带所构成的带隙，价带由一系列填满电子的轨道构 2 成，而导带是由一系列未填充电子的轨道所构成。当半导体近表面区在受到能量
中国科学B辑:化学 2009年 第39卷 第11期: 1336~1347 https://www.doczj.com/doc/0115273171.html, https://www.doczj.com/doc/0115273171.html, 1336 《中国科学》杂志社SCIENCE IN CHINA PRESS 光电化学传感器的研究进展 王光丽, 徐静娟, 陈洪渊* 生命分析化学教育部重点实验室, 南京大学化学化工学院, 南京210093 * 通讯作者, E-mail: hychen@https://www.doczj.com/doc/0115273171.html, 收稿日期: 2009-08-11; 接受日期: 2009-09-03 摘要光电化学传感器是基于物质的光电转换特性确定待测物浓度的一类检测装置. 光电化学检测方法灵敏度高、设备简单、易于微型化, 已经成为一种极具应用潜力的分析方法. 本文主要介绍光电化学传感器的基本原理、特点、分类, 并对有代表性的研究和发展前景做了总结和评述. 关键词光电化学传感器综述 1引言 光电化学过程是指分子、离子或半导体材料等因吸收光子而使电子受激发产生的电荷传递, 从而实现光能向电能的转化过程. 具有光电化学活性的物质受光激发后发生电荷分离或电荷传递过程, 从而形成光电压或者光电流. 具有光电转换性质的材料主要分为4类. (1)无机光电材料: 这类材料主要指无机化合物构成的半导体光电材料, 如Si、TiO2、CdS、CuInSe2等[1]. (2)有机光电材料: 常用的有机类光电材料主要是有机小分子光电材料和高分子聚合物材料. 小分子材料如卟啉类、酞菁类、偶氮类、叶绿素、噬菌调理素等[2~4]; 高分子聚合物材料主要有聚对苯撑乙烯(PPV)衍生物、聚噻吩(PT)衍生物等[5]. (3)复合材料: 复合材料主要是由有机光电材料或者配合物光电材料与无机光电材料复合形成, 也可以是两种禁带宽度不同的无机半导体材料复合形成的材料. 复合材料比单一材料具有更高的光电转换效率. 常见的复合材料体系有C dS-TiO2、ZnS- TiO2[1]、联吡啶钌类配合物-TiO2[6~9]等. 基于TiO2的复合材料是目前研究最多的一种, 也有用ZnO[10~12]、SnO2[13]、Nb2O5[14]、Al2O3[15]等其它宽禁带的半导体氧化物进行复合的. 后来, 利用金纳米粒子或者碳纳米结构的导电性, 人们发展了基于金纳米粒子或者碳纳米结构-半导体复合物以提高半导体光生电子的捕获和传输能力. 富勒烯/CdSe[16,17]、碳纳米管/CdS[18~21]、碳纳米管/ CdSe[22,23]、卟啉/富勒烯/金纳米粒子[24]、CdS/金纳米粒子[25]等体系具有较高的光电转换效率. 另外, 某些生物大分子如细胞、DNA等也具有光电化学活性, 可以通过它们自身的光电流变化研究生物分子及其它物质与它们的相互作用. 待测物与光电化学活性物质之间的物理、化学相互作用产生的光电流或光电压的变化与待测物的浓度间的关系, 是传感器定量的基础. 以光电化学原理建立起来的这种分析方法, 其检测过程和电致化学发光正好相反, 用光信号作为激发源, 检测的是电化学信号. 和电化学发光的检测过程类似, 都是采用不同形式的激发和检测信号, 背景信号较低, 因此, 光电化学可能达到与电致化学发光相当的高灵敏度. 由于采用电化学检测, 同光学检测相比, 其设备价廉. 根据测量参数的不同, 光电化学传感器可分为电位型和电流型两种. 2光寻址电位型传感器 电位型光电化学传感器主要指光寻址电位传感器(light addressable potentiometric sensor , LAPS), 它
第28卷 第4期影像科学与光化学Vo l.28 N o.4 2010年7月Imag ing Science and Photochemistr y July,2010 研究生论文摘要 光化学传感器的设计、合成及识别性能研究 博士研究生 王 芳 导师 汪鹏飞 (学位授予单位 中国科学院理化技术研究所,北京100190) 光化学传感器被广泛地用于检测各种金属离子和阴离子.荧光化学传感器具有选择性好、灵敏度高、简便快速等优点,比色化学传感器则可不借助于任何昂贵的仪器设备而直接用肉眼识别.本论文分别以黄酮﹑香豆素作为发光基团,设计、合成了识别氟离子(F-)和生物巯基化合物(还原性谷胱甘肽和半胱氨酸)的光化学传感器,并研究了其光谱性质和识别机制,另外我们对基于多孔硅的光化学传感器方面进行了一些初步尝试,取得了一些有意义的结果. 1.设计合成了一种具有激发态分子内质子转移(ESIPT)性质的3 羟基黄酮衍生物L,它能够和Zr EDT A在水相中形成三元络合体系,氟离子的加入可以使体系荧光发生明显变化,其它常见阴离子没有明显干扰.由于氟离子与Zr EDT A的络合能力比黄酮衍生物与Zr EDTA的络合能力更强,所以加入的氟离子可以将黄酮衍生物从三元络合体系中置换出来,从而导致体系荧光发生变化.其它阴离子不能够和Zr EDT A发生络合,所以体系荧光不发生变化.另外,该识别过程可以用肉眼清楚观察到,所以同时是一种良好的比色化学传感器. 2.设计合成了一种基于香豆素结构的具有S S键的席夫碱衍生物(C).它在水相中具有较弱荧光,随着生物巯基化合物如半胱氨酸(Cy s)和还原型谷胱甘肽(GSH)的加入荧光逐渐增强,原因是巯基的加入使化合物C中的S S键发生断裂,形成强亲核性S-,然后合环形成一种具有强荧光的化合物Coumarin6.其它不含有巯基的常见氨基酸和氧化型谷胱甘肽的加入都不会使溶液的荧光增强. 3.通过电化学腐蚀的方法制备得到发橙色荧光的多孔硅,发现其在空气中放置时荧光强度会逐渐降低,直至消失.通过荧光光谱和透射电镜图片初步验证了量子限域效应发光机理.为了提高其光学性质的稳定性,对其进行热化学和光化学表面修饰,并且在其表面引入了可以和H g2+进行络合的识别基团,得到多孔硅光化学传感器S1和S2.H g2+的加入对S1和S2的荧光光谱有猝灭作用,原因是发生了从多孔硅表面到H g2+的电子转移. 2010年5月18日通过博士论文答辩 312
苏州大学研究生考试答卷封面 考试科目：仪器分析考试得分：________________院别：材料与化学化工学部专业：分析化学 学生姓名：饶海英学号：20114209033 授课教师： 考试日期：2012 年 1 月10 日
电化学传感器的应用研究 摘要：随着电分析技术的发展，电化学传感技术越来越成为生命科学、临床诊断和药学研究的重要手段之一。本文主要介绍了电化学发光免疫传感器，电化学DNA传感器、电化学氧传感器、纳米材料电化学传感器的基本概念、原理，以及这些传感器在各领域的应用。 关键词:电化学传感器免疫传感器传感器 电化学传感技术的核心是传感器。传感器能感受(或响应)规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路所组成，是将一种信息能转换成可测量信号(一般指电学信号)的器件。传感器可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。本文以化学传感器尤其是电化学传感器进行研究。 电致化学发光(Electrogenerated chemiluminescence)，也称电化学发光(Electrochemiluminescence)，简称ECL，是通过电极对含有化学发光物质的体系施加一定的电压或通过一定的电流，电极氧化还原产物之间或电极氧化还原产物与体系其它共存物质之间发生化学反应并生成某种不稳定的中间态物质，该物质分解而产生的化学发光现象。电致化学发光技术是电化学与化学发光相结合的检测技术，该技术既集成了发光与电化学分析技术的优点，又具有二者结合产生的可控性、选择性、重现性好、灵敏度高、检测限低及动力学响应范围宽等新优势[ 1~3 ]。 电化学传感器可分为以下几个类型。①吸附型：通过吸附方式将修饰物质结合在电极表面得到的修饰电极为吸附型化学修饰电极。可以制备单分子层和多分
第15章化学传感器 一、单项选择题 1、当O2吸附到S n O2上时，下列说法正确的是（）。 A. 载流子数下降，电阻增加 B. 载流子数增加，电阻减小 C. 载流子数增加，电阻减小 D. 载流子数下降，电阻增加 2、当H2吸附到MoO2上时，下列说法正确的是（）。 A. 载流子数下降，电阻增加 B. 载流子数增加，电阻减小 C. 载流子数增加，电阻减小 D. 载流子数下降，电阻增加 3、用N型材料SnO2制成的气敏电阻在空气中经加热处于稳定状态后，与氧气接触后（） A．电阻值变小 B．电阻值变大 C．电阻值不变 D．不确定 4、气敏传感器中的加热器是为了（） A．去除吸附在表面的气体 B. 去除吸附在表面的油污和尘埃 C．去除传感器中的水分 D. 起温度补偿作用 5、绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的（）。 A.质量 B.体积 C.程度 D.浓度 6、相对湿度是气体的绝对湿度与同一（）下水蒸汽达到饱和时的气体的绝对湿度之比。 A.体积 B.温度 C.环境 D.质量 7、湿度传感器是指能将湿度转换为与其成一定比例关系的（）输出的器件式装置。 A.电流 B.电压 C.电量 D.电阻 8、响应时间反映湿敏元件在相对（）变化时输出特征量随相对湿度变化的快慢程度。 A.时间 B.温度 C.空间 D.湿度 9、气体传感器是指能将被测气体的（）转换为与其成一定关系的电量输出的装置或器件。 A.成分 B.体积 C.浓度 D.压强 10、半导体气体传感器，是利用半导体气敏元件同气体接触，造成（）发生变化，借此检测特定气体的成分及其浓度。 A.半导体电阻 B.半导体上电流 C.半导体上电压 D.半导体性质 11、气敏传感器按设计规定的电压值使加热丝通电加热之后，敏感元件电阻值首先是急剧地下降，一般约经2一10分钟过渡过程后达到稳定的电阻值输出状态，称这一状态为（）。 A.静态 B.初始稳定状态 C.最终稳定状态 D.工作状态 12、一般说来，如果半导体表面吸附有气体，则半导体和吸附的气体之间会有电子的施受发生，造成电子迁移，从而形成( )。 A.电流 B.电势差 C.表面电荷层 D.深层电荷
人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要物联网传感器。因此可以说，物联网传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。 新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。 在基础学科研究中，物联网传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到 cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。 物联网传感器早已渗透到诸如工业生产、智能家居、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。 由此可见，物联网传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。 传感器概述： 传感器就是把自然界中的各种物理量、化学量、生物量转化为可测量的电信号的装置与元件,可见传感器的众多和纷杂。传感器的定义决定了它本身的复杂性和众多品种。 传感器属于物联网的神经末梢，成为人类全面感知自然的最核心元件，各类传感器的大规模部署和应用是构成物联网不可或缺的基本条件。对应不同的应用我们提供不同的传感器，覆盖范围包括智能工业、智能安保、智能家居、智能运输、智能医疗等等。 物联网传感器分类：
第11章化学传感器 一、单项选择题 1、当O2吸附到S n O2上时，下列说法正确的是（）。 A. 载流子数下降，电阻增加 B. 载流子数增加，电阻减小 C. 载流子数增加，电阻减小 D. 载流子数下降，电阻增加 2、当H2吸附到MoO2上时，下列说法正确的是（）。 A. 载流子数下降，电阻增加 B. 载流子数增加，电阻减小 C. 载流子数增加，电阻减小 D. 载流子数下降，电阻增加 3、用N型材料SnO2制成的气敏电阻在空气中经加热处于稳定状态后，与氧气接触后（） A．电阻值变小 B．电阻值变大 C．电阻值不变 D．不确定 4、气敏传感器中的加热器是为了（） A．去除吸附在表面的气体 B. 去除吸附在表面的油污和尘埃 C．去除传感器中的水分 D. 起温度补偿作用 5、绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的（）。 A.质量 B.体积 C.程度 D.浓度 6、相对湿度是气体的绝对湿度与同一（）下水蒸汽达到饱和时的气体的绝对湿度之比。 A.体积 B.温度 C.环境 D.质量 7、湿敏传感器是指能将湿度转换为与其成一定比例关系的（）输出的器件式装置。 A.电流 B.电压 C.电量 D.电阻 8、响应时间反映湿敏元件在相对（）变化时输出特征量随相对湿度变化的快慢程度。 A.时间 B.温度 C.空间 D.湿度 9、气敏传感器是指能将被测气体的（）转换为与其成一定关系的电量输出的装置或器件。 A.成分 B.体积 C.浓度 D.压强 10、半导体气体传感器，是利用半导体气敏元件同气体接触，造成（）发生变化，借此检测特定气体的成分及其浓度。 A.半导体电阻 B.半导体上电流 C.半导体上电压 D.半导体性质 11、气敏传感器按设计规定的电压值使加热丝通电加热之后，敏感元件电阻值首先是急剧地下降，一般约经2一10分钟过渡过程后达到稳定的电阻值输出状态，称这一状态为（）。 A.静态 B.初始稳定状态 C.最终稳定状态 D.工作状态 12、一般说来，如果半导体表面吸附有气体，则半导体和吸附的气体之间会有电子的施受发生，造成电子迁移，从而形成( )。 A.电流 B.电势差 C.表面电荷层 D.深层电荷
光化学比色传感器阵列的研究进展 2013年第5期目录本期共收录文章20篇摘要：光化学比色传感器阵列以其价格低廉、方法简单、响应快速、信息量大等优点，得到了日益广泛的应用。本文主要介绍了光化学比色传感器阵列的研究进展，概括了近年来其在气体、生物样品、离子和小分子，以及混合物检测方面的应用，针对其不同原理及性能展开了讨论，并展望了其研究和应用前景。 关键词：光化学；比色；传感器；阵列；评述 1引言 化学传感器是一种能够通过某物理或化学反应以选择性方式对特定分析目标物产生响应，从而进行定性或定量测定的装置[1]。化学传感器通常由识别元件和换能器两部分构成。识别元件与待分析物相互作用，其物理、化学性质发生变化；换能器将这些参数转化和放大，生成与待分析物特性有关的可定性或定量处理的电信号或者光信号（颜色、发光等）[2]。目前，化学传感器已成为化学分析和检测的重要手段。传统的化学传感器根据“锁钥模式”进行设计，选择性好，对某些物质的检测非常有效，然而其设计也存在一定的缺陷，如对于生物大分子和结构不明确的待分析物的传感器设计存在困难，同时，针对复杂混合物中的每种成分均设计具有专一选择性的特定传感单元显得费时且不切实际[3]。阵列式传感器的设计模仿哺乳动物嗅觉和味觉系统，利用多个传感器单元组成阵列，通过传感器阵列与分析物之间的交叉响应，可以实现对多种物质及复杂混合物进行响应和检测。传感器阵列中的传感单元对分析物不必具有高度的选择性，某些传感单元对特定分析物有一定程度的选择性，同时对其它分析物也有响应，即每个传感单元对不同的组分具有不同的响应能力；利用传感器阵列对各种分析物整体响应之间的差别，实现对待分析物的区分。在光学、电化学、色谱等诸多的检测手段中，光化学显色方法无疑是最便捷有效的度量手段。结合光化学比色方法，光化学比色传感器阵列以其价格低廉、方法简单、响应快速、信息量大等优点，得到了日益广泛的应用。本文综述了近年来光化学比色传感器阵列在气体、生物样品、离子和小分子，以及混合物检测方面的应用，对
电化学生物传感器的应用实例 摘要：生物电化学传感器是生物传感器中研究最早、种类最多的一个分支, 它具有专一、高效、简便、快速的优点, 已应用于生物、医学及工业分析等方面。目前，生物传感器正进人全面深人研究开发时期，各种微型化、集成化、智能化、实用化的生物传感器与系统越来越多。相信在不久的将来，生物传感器的面貌会焕然一新。 关键词：生物传感器，应用 引言 生物传感器正是在生命科学和信息科学之间发展起来的一门交叉学科。 最早的生物传感器发明于1962年，英国Clark[1]利用不同的物质与不同的酶层发生反应的工作原理，在传统的离子选择性电极上固定了具有生物功能选择的酶，从而构成了最早的生物传感器一一酶电极。生物传感器的研究全面展开是在20世纪80年代，20多年来发展迅速，在食品工业、环境监测、发酵工业、医学等方面得到了高度重视和广泛应用。 1 工作原理及其分类 1.1 工作原理 传感器主要由信号检测器和信号转换器组成，它能够感受一定的信号并将这种信号转换成信息处理系统便于接收和处理的信号，如电信号、光信号等。生物传感器是利用生物分子探测生物反应信息的器件。换句话说，它是利用生物的或有生命物质分子的识别功能与信号转换器相结合，将生物反应所引起的化学、物理变化变换成电信号、光信号等。Rogers[2]等人将生物传感器定义为:由生物识别单元，如酶、微生物、抗体等和物理转换器相结合所构成的分析仪器，生物部分产生的信号可转换为电化学信号、光学信号、声信号而被检测。可见，任何一个生物传感器都具有两种功能，即分子识别和信号转换功能。 1.2 主要分类 生物传感器的分类方式很多，但根据生物学和电子工程学各自的范畴，主要有以下两种分类方式。 (1)根据生物传感器中信号检测器上的敏感物质分类 生物传感器与其它传感器的最大区别在于生物传感器的信号检侧器中含有敏感的生命物质。这些敏感物质有酶、微生物、动植物组织、细胞器、抗原和抗体等。根据敏感物质的不同，生物传感器可分酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等。生物学工作者习惯于采用这种分类方法。(2)根据生物传感器的信号转换器分类
第37卷第4期2018年4月 分析测试学报 FE N X I CESH I XUEBAO(J o u rn a l of In stru m en tal Analysis) V ol. 37 N o. 4 496-506 ^櫏^櫏櫏櫏殽doi: 10. 3969/j. issn. 1004 -4957. 2018. 04. 019 综述 光电化学传感器的研究进展 钟立，魏小平*，冯莎莎，李建平* (广西电磁化学功能物质重点实验室，广西高校食品安全与检测重点实验室，桂林理工大学 化学与生物工程学院，广西桂林541004) 摘要：光电化学传感器以光作为激发源，以光电流或光电压作为检测信号，具有响应快速、灵敏度高、设 备简单等特点，目前已在环境、食品、医学等多个领域的分析测试中得到广泛应用。该文阐述了光电转换材 料与光电化学传感器的制备方法，介绍了光电化学传感器的原理和分类。光电化学传感器包含光寻址电位型 传感器和电流型光电化学传感器，其中，电流型光电化学传感器由于优良的光电性能、检出限低、所需材料 低廉且易加工等优势而被广泛应用。文中着重介绍了电流型光电化学传感器在金属离子、有机污染物、核 酸、蛋白质、细胞等方面的应用，并对光电化学传感器的发展前景进行了展望。 关键词：光电化学；传感器；光电材料；应用；研究进展 中图分类号：O657.1; G353.11文献标识码：A文章编号：1004 -4957(2018)04 -0496 - 11 R e s e a r c h P r o g r e s s o f P h o t o e l e c t r o c h e m i c a l S e n s o r Z H O N G L i，W E IX ia o-p in g*，F E N G S h a-s h a，L I J ia n-p in g* (G uangi Key Laboratory of Electrochemical and Magnetochemical Function Materials，Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory〇f Food Safety and Detection，College of Chemistry and Bioengineering， Guilin U niverity of Technology，Guilin541004，China) A b s t r a c t:The photoe le ctro chem ical sensors，w ith lig h t as e xcita tio n source and photocu rren t o r tovoltage as de tection s ig n a l，have been w id e ly used in the analysis o f e n v iro n m e n t，fo o d，m ed icin e and other fie ld s fo r th e ir characteristics o f fast response，h igh sen sitivity and sim ple e q u ip m e n t. p re p a ra tio n，p rin c ip le s and cla ssifica tio n o f ph otoe le ctro chem ical sensors are in tro d u c e d.T hey in- c lu d e lig h t addressing p o tentio m etric sensors and am perom etric photoe le ctro chem ical sensors，in w h ic h am perom etric ph otoe le ctro chem ical sensors a re w id e ly used due to th e ir e xce lle n t ph otoe le ctric p e rfo rm a n ce，lo w detection li m it，low cost and easy processing.T h e ir ap p lica tio n m etal io n s，organic p o llu ta n ts，n u c le ic a c id s，proteins and ce lls are described in th is m a n u s crip t. The developm ent prospect fo r ph otoe le ctro chem ical sensors is also expected. K e y w o rd s：p h o to e le c tro c h e m ica l;sensor；p h otoe le ctric m a te ria l;a p p lica tio n；research progress 1光电化学传感器简介 光电化学传感器是将光电技术与传感器相结合而发展起来的一种进行光电分析的新型传感器。利 用光激发光电材料表面的活性物质产生光电流或光电压，依据光电流或光电压的变化与待测物质的浓 度关系进行检测[1-2]。光电化学传感器具有装置简便、操作方便、检出限低、灵敏度高、背景值低等 优点[3-4]，其灵敏度可与毛细管电泳、电化学发光、荧光光谱相媲美[^6]，受到广大科研人员的青睐。 在当今光电子时代大背景下，随着新材料技术的进步，光电材料的重要性日益凸显，为光电化学传感 器注入了新的力量。它的特殊性质（如比表面积大、活性好、独特的物理性质等）使其对温度、光强、 湿度等环境因素非常敏感。当外界环境发生改变时，光电材料表面或界面的电子传递会发生改变，并 收稿日期：2017 -11 -06;修回日期：2018-01-22 基金项目：广西自然科学基金创新研究团队项目（2015GXNSFFA139005);广西高等学校高水平创新团队及卓越学者计划项目（桂教人（[2014] )49号）；广西岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心资助项目 *通讯作者：魏小平，高级工程师，研究方向：应用电化学与传感器，E-mail: xpwei@https://www.doczj.com/doc/0115273171.html,.c 李建平，博士，教授，研究方向：电化学传感器，E-mail: lik ia p i#263. n et
化学传感器应用现状与发展趋势 摘要：近年来，随着我国检测技术的飞速发展及其市场的开辟，化学传感器已经广泛的应用到各个行业之中。本文将对目前化学传感器的原理、应用情况进行叙述，尤其是对一些新兴起的有着良好市场前景化学传感器进行介绍，对化学传感器的缺点和发展趋势进行评析。 关键词：化学传感器；检测技术；发展趋势 目前，化学传感器的已经受到广泛的研究，这类传感器具有非常高的灵敏性，选择性强，便携式，小型化，已经广泛的应用在化工企业、造纸企业、医学行业以及平常的生活当中，主要用于有毒气体及有害物质的检测，已经发展到可以微量检测范围，能够达到检测细胞浓度，由于各个行业对化学传感器的要求很高，所以化学传感器迅速的发展起来，具有很好的发展的前景。以下本文将介绍不同的几类化学传感器的特点，并对化学传感器的缺点和发展趋势进行评析。 1 新型化学传感器 1.1 光学类化学传感器 这是一类新兴的传感器，主要检测微量或是痕量浓度的物质，它的主要原理是将根据不同的物质化学成分有所不同相对应的电信号也就不同，或是某个物质所占的浓度不同也有所不同，反应机理就是当光学敏感材料接触到被测体之后就会引起电信号很大的变化，因此可以对被测物质的量进行检测。这种方法操作简单灵敏度高，因此目前被广泛的研究。以下将介绍两种光学类化学传感器的原理和应用情况： 1.1.1 荧光传感器 这种传感器的敏感元件是荧光传感元件，传感器的激励光源，主要反应设备是光电检测器。反应机理是：具有发光的荧光体一般为芳族物质，主要在紫外光区和可见光区吸收或是发射光谱，这些是由于芳族物质与被检测化合物质结合时，该化学物质的价电子重新进行了排列或是导致了一些物质的跃迁等等结构的变化，或是发射荧光、或是进行内部转换、或是光化学反应。不同的物质表现的方式不同。根据物质的荧光强度的变化来检测物质浓度的变化。具体方法就是配置标准溶液进行比对检测，这是高灵敏度的检测方法：各种光检测方法是以检测波长加以区别的，目前荧光化学传感器应用在溶液的PH检测当中和对荧光比较敏感的金属离子检测当中，例如：镁、锌、镉等离子。此外荧光类传感器也可以进行葡萄糖浓度的定量检测，此外荧光传感器和光纤传感器可以长时间进行检测，可以进行远距离的检测和灵敏度比较高的优点，所以今后荧光传感器将被广泛的应用在危险和有毒的环境当中。 1.1.2 光纤化学传感器