化学传感器的研究进展分解.ppt

化学传感器的研究进展,1.化学传感器的概念2.化学传感器的工作原理和分类3.化学传感器的最新研究进展4.结语,化学传感器的概念,化学传感器(chemicalsensor)通常描述成一种分析方法，这种分析方法更适合于被称作“分析化验”或者“感觉系统”，但是化学传感器通常是连续的获得数据信息，而感觉系统获得信息是不连续的2。在R.W.Catterall的著作3中将化学传感器定义为一种装置，通过某化学反应以选择性方式对特定的待分析物质产生响应从而对分析质进行定性或定量测定。此传感器用于检测及测量特定的某种或多种化学物质。,化学传感器研究的先驱者是Cremer，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。,据中国分析仪器学会在2010年3月公布的2009年分析仪器行业发展报告称全国环境监测专用仪器仪表产值超过92亿元，同比增加,28.85%；销售值达92.21亿元，同比增加30.82%，环境监测专用仪器中的相当部分采用了化学传感器作为探测器件。国家将环境保护和节能减排工作列入了中长期科技发展规划，出台了一些强制性政策和鼓励性政策，促进了环境监测仪器的推广应用，食品安全监测仪器的市场需求也日益大幅增长，也为化学传感器等相应检测器件的研制和生产提供了挑战性机遇,化学传感器的工作原理,化学传感器的组成包括具有对待测化学物质的形状或分子结构选择性俘获功能的接受器和将俘获的化学量有效转换为电信号功能的转换器。接受器将待测物的某一化学参数(常常是浓度)与传导系统连结起来。它主要具有两种功能:选择性地与待测物发生作用，反应所测得的化学参数转化成传导系统可以产生响应的信号。,化学传感器的分类,化学传感器的种类繁多、原理各异，检测对象儿乎涉及各种参数。通常一种传感器可以检测多种参数，一种参数又可以用多种传感器测量，所以传感器的分类方法至今尚无统一规定。按照传感器中换能器的工作原理可将化学传感器分为:电化学传感器、光化学传感器、质量传感器、热量传感器、场效应管传感器等。按照传感器所选用的化学识别结构可将化学传感器分为:湿敏传感器、离子敏传感器、气敏传感器、光敏传感器等。,电流型气体传感器,电流型气体传感器(AGS)，属于电气传感器的一个大且重要的一个分类，有着悠久和丰富的历史。其在环境监控，医疗健康，工业安全保障监督和自动化工业上的应用受到越来越大重视4。电流式传感器既能满足一般检测所需要的灵敏度和准确性，又有体积小、操作简单、携带方便、可用于现场监测又价格低廉等优点。所以，在目前已有的各类气体检测方法中，电化学传感器占有很重要的地位，越来越引起国内外专家学者的普遍关注和成为竞相研发的热点项目之一。各种基于电阻、电位或氧化还原电流转化的电化学传感器得到了广泛的研究.,co传感器,CO气体检测方式很多，有利用电位、电流、电导率、光的折射率、光的吸收波长等物理性质进行检测的物理传感器；有利用化学反应、电化学反应、化学吸附、化学发光等进行检测的化学传感器。电化学气体传感器具有检测气体种类多、浓度范围宽、体积小、价格低、测量精度高、可用于现场检测等优点，在环境监测与安全生产等领域得到了广泛应用。目前，在国际市场上有日本的Rikenkeiki公司、NewCosmosElectvic公司、德国Drager公司、美国Gastech公司、英国City公司等生产CO传感器。国内在气体传感器方面起步较晚，尽管已经做了一些工作，但与国际同行相比还有很大差距。,TNT爆炸物气体传感器,对爆炸物如TNT的检测主要通过荧光、质谱等方法，也可通过压电传感器、聚合膜传感器等方法。如美国的Walt小组1112通过荧光法对痕量2,4-DNT和TNT等爆炸物进行检测;Yinon小组13通过新型质谱法研究了环境中残存的爆炸物气体;Pinnaduwage小组14在2003年Nature上发表了在压电传感器悬臂上燃烧样品并检测输出电压的变化，从而测定TNT。上述方法具有一定的优点，但是也存在着仪器昂贵、处理过程复杂以及稳定性较差等缺点;蒋金刚，施国跃等人15通过该传感器对TNT气体吸附前后电位变化的研究，探讨爆炸物气体分子与量子点纳米材料的结合形式以及TNT气体分子在CdS和Ti0表面所发生的反应过程和传感机理。制备了ITO/Ti02/CdS膜气体传感器，它对TNT具有很好的响应，初步研究表明该传感器具有制作简单、体积小、携带方便和操作简单等优点。,气体传感器的发展,新的纳米材料的发展变化，将为传感器提供良好的组织纳米结构与高表面积，高化学活性，并且在较低的温度下具有良好的机械强度和较好的热稳定性。这将导致新的选择性催化剂，新的较高温操作下的电解质，更多自我放大传感器的工作电极，以及与生物传感器和酶为基础的传感器的结合。MEMS技术和纳米技术与新的计算技术相结合，和其使用的分析化学，特别是在分析测量领域上的运用，照亮未来电流型气体传感器的发展,气体传感器的应用,光纤化学传感器,光纤化学传感器，在分析化学领域开辟了一片新天地。利用化学发光、生物发光以及光敏感器件与光导纤维技术制作传感器。特别是光导纤维传感器及以光导纤维为基础的各种探针技术，具有响应快、灵敏度高、抗电磁干扰能力强、体积小、功耗小、耐高温与腐蚀等特点，能够使多个光纤传感器共用同一根光纤、同一光源和同一信号检测设备，从而降低了系统成本，易于组成光纤传感网络。尤其是光纤传感器具有抗电磁干扰能力，这一特性使它在强电磁干扰或恶劣环境中仍然能够实现在线监测。光纤化学传感器在过程分析中具有很大的应用潜力，十儿年来得到了突吃猛进的发展，成为化学传感器研究的新方向22,光纤化学传感器的应用,ph光纤化学传感器,光导纤维pH传感器是80年代出现的一种灵敏度高、可进行连续、自动测量的传感器，是基于感应pH的光学特性可逆变化或者光谱特征如吸光值、反射值、荧光值的变化。它区别于pH电极的电化学测量方法，利用光学性质进行pH测量，具有许多传统的传感器无法比拟的优点。已研制出用于pHl-14范围内不同区间pH测量的光极，测量pH变化的精度达到士0.001个pH单位。光导纤维pH传感器特别适用于在线分析和生物医学领域，尤其是体内在线检测方面获得广泛应用,co2光纤化学传感器,二氧化碳与水结合后，生成的碳酸酸性很弱。因此，CO2的检测多采用灵敏度较高的荧光法。近年来，出现了采用比色法测定CO2的光纤传感器。二氧化碳分压是生物医学分析中的一项重要指标，光纤化学传感器在测定血液中pC02方面很成功，以荧光衍生物作为敏感试剂，抗坏血酸钠作内充液，作成体积仅为10-9L的微粒，固定于光纤端部，氢离子激光器作为光源，在湿度与温度控制一致时，CO2的检测范围1.97%-7.40%，可用于血液中CO2分压的测量,光纤化学传感器的发展,光纤化学传感器的研究正方兴未艾，各种新材料、新方法、新应用也层出不穷37C02光纤化学传感器的发展正逐步走向成熟，从固定指不剂法到更新指不剂法，光纤化学传感器还可用于比色分析、水的浊度测定及有机污染物的检测，如水中氯化烃、碳氢化合物、乙醇及地下悟水中酚类污染物等3839。光纤技术与生物医学技术结合40，开创了新一代生物传感器。光纤光栅化学传感器山于具有易于制造、介质损耗低、背反射损耗低、结构紧凑等优点也逐渐引起人们注意，广泛应用于光纤通信和传感器领域41具有专一、高效、稳定、微型化特点和多点测量、远程测量能力，正在成为光纤化学传感器研究和发展的方向,结语,传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋。化学传感器的发展特