光化学传感器理论与实践-第七章1

合集下载

光电化学生物传感器研究

光电化学生物传感器研究任伟;李静【摘要】光电化学法是在光照射下,将化学能转换为电能的低成本方法.而光电化学生物传感技术由于具有通过生物分子氧化产生的光电流来检测生物分子的能力而引起了广泛的关注.光电化学生物传感器具有低成本、高灵敏度、高特异性、仪器操作简单以及检测背景信号低等特点,在免疫检测和生物技术等重要领域具有广泛应用前景.近年来,对于光电化学生物传感器性能和检测方法的研究也取得了颇丰的成果.本文主要介绍光电化学生物传感器的概念及基本原理、分类应用及对其未来的展望.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】9页(P58-66)【关键词】光电化学;生物传感器;免疫检测【作者】任伟;李静【作者单位】吉林建筑大学,吉林长春 130118;吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室,吉林长春 130012【正文语种】中文【中图分类】O657.11 引言随着社会的迅速发展，人类的健康问题也越来越受到关注。

2018年6月6日世界卫生组织(WHO)发布了《2018世界卫生统计报告》(World Health Statistic 2018)，其中，在由于非传染性疾病导致死亡的案例中，恶性肿瘤以27%的比例成为最主要致死的病因。

近年来，恶性肿瘤俨然已经成为威胁全民健康的头号杀手。

然而，癌症并不等于死亡，治疗癌症的关键就在于发现早期肿瘤，主要途径有两个：一是通过早期肿瘤标志物的异常检测；二是找到合适的快速准确检测方法[1-4]。

与此同时，光电化学生物传感器迅速兴起，并因其独特的优点成为一种备受瞩目的新型生物传感器[5-7]。

光电化学生物传感器的出现，更能够实现将不能直接观察的早期肿瘤标志物的异常变化通过可见信号展现在计算机上，从而实现有效监测甚至诊断早期癌症的可能[8]。

1962年，英国科学家Clark等[9]提出将生物分子和传感器结合的设想，为生命科学研究开辟了新的道路。

化学传感器技术

化学传感器技术在现代科技发展的浪潮下，化学传感器技术作为一项重要的研究领域，在各行各业得到了广泛应用。

化学传感器技术以其灵敏度高、响应速度快、操作简便等特点，为我们解决许多实际问题提供了有效的手段。

本文将介绍化学传感器技术的原理、分类以及其应用领域。

一、化学传感器技术的原理化学传感器技术是利用感光材料对目标物质的选择性敏感性实现对目标物质的检测和测量。

它主要依靠感光材料与目标物质发生化学反应或物理变化，并利用这些变化导致的光学、电学、热学等信号来实现目标物质的检测和测量。

化学传感器技术的实现离不开传感层和转换器两个组成部分。

传感层是化学传感器技术的核心部分，其材料特性决定了化学传感器的灵敏度和选择性。

常见的传感层材料包括阻抗传感层、荧光传感层、电化学传感层等。

这些传感层材料对于目标物质有一定的选择性，能够与目标物质发生特定的相互作用。

转换器是化学传感器技术的关键部分，能够将感光材料与目标物质发生的相互作用转化为可测量的信号。

常见的转换器包括光电转换器、电化学转换器、热学转换器等。

这些转换器能够将感光材料与目标物质的反应转化为光学信号、电学信号或热学信号，进而实现目标物质的检测和测量。

二、化学传感器技术的分类根据检测原理的不同，化学传感器技术可以分为光学传感器、电化学传感器、电导传感器等多种类型。

以下将对这三种类型进行简要介绍。

1. 光学传感器光学传感器是利用感光材料的吸收、荧光、散射等光学特性来实现目标物质的检测和测量。

常见的光学传感器包括吸收光谱传感器、荧光光谱传感器等。

吸收光谱传感器通过测量被测物质在特定波长的光线的吸收程度来判断其浓度；荧光光谱传感器则通过测量被测物质发出的荧光强度来判断其浓度。

2. 电化学传感器电化学传感器是利用感光材料与目标物质的电化学反应来实现目标物质的检测和测量。

常见的电化学传感器包括离子选择性电极、氧气传感器等。

离子选择性电极通过感光材料与目标物质之间的离子交换反应来实现目标物质的测量；氧气传感器则通过感光材料与氧气之间的氧化还原反应来实现氧气的测量。

传感器原理及应用(第三版)第7章

上一页下一页
(二)温差电势单一导体，如果两端温度不同，则导体内自由电子在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散，高温端因失去电子而带正电，低温端因得到电子而带负电，从而形成静电场，如图所示。该电场阻碍电子的继续扩散，当达到动平衡时，在导体两端便产生一个稳定的电位差，即温差电势。同样由物理学可知：温差电势: T e A ( T , T 0 ) = ∫ σ dT T0 其中： e A (T , T0 ) —导体A两端温度为时形成的温差电势 σ —汤姆逊系数，表示单一导体两端温差1℃时所产生的温差电势，其值与材料性质及两端温度有关. ℃ 结论：结论：在热电偶中，温差电势相对于接触电势非常小，工程上常将其忽略不计，起决定作用的是接触电势。但热电偶作为检测计量使用时要加以考虑。
Tn Tn T T + ∫ σ B dT − ∫ σ A dT + ∫ σ B ' dT − ∫ σ A ' dT Tn Tn T0 T0
= EAB (T , Tn ) + E A'B ' (Tn , T0 )
因此上述定律成立。
上一页下一页
(T1Tn ), (Tn1T0 )
2 中间温度定律：定律描述：热电偶在结点温度为 (T，T0 ) 时的热电势 EAB(T,T0 ) ，等于热电偶在 (T，Tn ),(T，T0 ) 时相应的热电势 EAB(T,Tn ) 与 EAB(Tn ,T0 ) 的代数和。数学表达式：
EABB' A' (T ,Tn ,T0 ) = EAB(T ,Tn ) + EA'B' (Tn ,T0 )
证明：由上图所示，回路总电势
EABB' A' (T ,Tn ,T0 ) = EAB(T ) + EBB' (Tn ) + EB' A' (T0 ) + EA' A (Tn )

高等有机化学课件-光化学

有机物降解
光化学反应可以将水中的有机物分解成无害的物质，降低水体污染。
藻类控制
光化学反应可以抑制藻类的生长，保持水体的生态平衡。
光化学在土壤污染治理中的应用
土壤修复
光化学反应可以分解土壤中的有害物质，降低土壤污染程度。
农药降解
光化学反应可以分解农药，减少农药对环境和农作物的危害。
重金属固定
光化学反应可以将重金属固定在土壤中，防止重金属迁移和污染地下水。
羧酸及其衍生物的光化学反应在合成高分子材料和功能材料方面具有重要应用。
03
光化学合成
光化学合成方法
Байду номын сангаас
直接光化学合成
01
利用光能直接引发有机反应，通常需要使用高能量的光源，如
紫外光。
间接光化学合成
02
通过光敏剂或催化剂将光能转化为化学能，引发有机反应。这
种方法通常需要较低能量的光源，如可见光。
组合光化学合成
自由基和离子反应
在光化学反应中，自由基和离子是常见的活性物种，它们参与的反应类型和机理各不相同。
光化学合成的应用
有机合成
利用光化学合成方法可以合成多种有机化合物，如烯烃、芳香烃、醇、醛等。
药物研发
光化学合成方法可用于合成药物中间体或活性成分，提高药物的生产效率和纯度。
生物成像和探针
利用光敏剂或荧光探针标记生物分子，可以用于生物成像和检测生物分子的结构和功能。
高等有机化学课件-光化学
目录
• 光化学基础 • 有机光化学反应 • 光化学合成 • 光化学反应动力学 • 光化学在环境科学中的应用
01
光化学基础
光化学基本概念
01
光化学是研究光与物质相互作用及其相关能量转换、信息转换的学科领域。

光化学传感器理论与实践-第一章

光纤化学传感器研究的发展很大程度上还归功于现代通信技术的迅猛发展伴随而来的光学硬件的完善与价廉。从而促进了各种光学波导、光源与光监测器等光学与电子元件的迅猛发展。 1951年，发明医用玻璃光纤； 70年代，光纤损耗100～ 1000分贝/千米； 70年代后，采用气相沉淀法的新光纤制造工艺，光损耗下降。最好的高纯石英光纤的损耗为0.2分贝/千米。价格： 70年代，实验室生产，单模几百美元/米 80年代，工业化生产， 5～10美元/米 90年代，0.1美元/米
Adaptor Leads Available
2K Automatic: 0 to 40º C 9 volt battery MN1604 or PP3 105mm x 60mm x 28mm 135 grams Yes
Mini DIN Plug to DIN Plug Mini DIN Plug to US Standard Plug Mini DIN Plug to Coax Plug
ISEs consist of the ion-selective membrane, an interna reference electrode, an external reference electrode, and a voltmeter. A typical meter is shown in the document on the pH meter. Commercial ISEs often combine the two electrodes into one unit that are then attached to a pH meter.
ISEs for other ions must have an appropriate membrane that is sensitive to the ion of interest but not sensitive to interfering ions. For example, a LaF3 crystal can function as an electrode membrane for fluoride ions（F－）.

手机光线传感器在初中化学实验中的应用探究——以“探究浓度和温度对化学反应速率的影响”为例

Ｊｏｕｒｎａｌ等软件) ꎬ 可以完成数据的实时采集和处
２.３实验过程
为智能手机融合化学实验教学提供了新的途径和
ｊｏｕｒｎａｌ( 中文版) 软件ꎬ下载并安装该应用ꎮ
感器元件及各种Ａｐｐ软件 ( 如ｐｈｙｐｈｏｘ、Ｓｃｉｅｎｃｅ
理、数码成像等ꎬ实现对光强、长度、重力等的测量ꎬ
力ꎻ改进实验方案２运用了简单的电子技术ꎬ拓宽
了学生的知识面ꎮ ２种方案各有优点ꎬ教师可以根
据学生的情况选用合适的方案ꎮ
水位自动报警器的教学内容更符合真实情境ꎬ我
参考文献
[１] 方汉兵ꎬ唐桂桂.巧用电子技术助力科学实验创新[ Ｊ] .
湖南中学物理ꎬ２０２６(６) :５６.
[２] 浙江省教育厅教研室.义务教育教材科学实验活动册
图２１０％硫酸溶液和不同浓度的氯化钡溶液
一定偏差ꎮ 利用智能手机的光线传感器测定反应
反应的光照度变化图
中光照度随时间变化曲线ꎬ可以从曲线上精确获取
钡溶液的浓度ꎬ记录不同浓度氯化钡溶液下反应体
Байду номын сангаас
光照度随时间的变化值和反应时间ꎬ更直观地得到
系的光照度随时间的变化曲线ꎬ来探究反应物浓度
实验结论ꎬ帮助学生更好地理解有关化学概念或原
４结语
最新颁布的« 义务教育科学课程标准(２０２２年
版) » 指出ꎬ教师应根据教学需要ꎬ本着科学合理、
图７模拟低于警戒水位
图８模拟达到警戒水位时
时实验效果实验效果
安全可靠的要求开发实验教具ꎮ 充分利用日常用
品和材料ꎬ 开发创新科学实验ꎬ 让实验更贴近生
活ꎬ课堂更有趣ꎬ使学生有更多动手的机会ꎮ 物理

化学传感器原理及其应用

化学传感器原理及其应用化学传感器是一种可检测化学物质浓度的装置，根据检测原理的不同，化学传感器可分为电化学传感器、光化学传感器、晶体传感器、荧光传感器等几类。

这些传感器都有一个共同的特点：具有高选择性、高灵敏度和高响应速度。

随着科技的不断进步，化学传感器已经广泛应用于环境监测、生物医学、食品安全、工业生产等领域，成为科技进步的重要组成部分。

一、化学传感器的基本原理化学传感器的基本原理是通过化学反应将目标物转化为一种可测量的信号，然后通过一种特定的传感器对其进行感应，进而得到目标物浓度的信息。

电化学传感器通过电信号检测化学反应的电化学变化，光化学传感器通过光信号检测化学反应的光学变化，晶体传感器则利用晶体的晶格结构的变化来感受目标物，荧光传感器则通过荧光信号检测化学反应的荧光变化。

无论哪种化学传感器，都需要通过高度特异的化学反应，将目标物转化为特定的信号，然后将信号与目标物浓度建立定量关系，实现测量。

二、化学传感器的应用1.环境监测化学传感器在环境监测方面具有重要应用价值，如大气污染、水质污染等检测，因其快速、准确的检测性能，极大地提高了环境监测的效率和精度。

例如，电化学传感器可以检测大气中的氧气、二氧化碳等气体，光化学传感器可以检测水中有毒物质的浓度，荧光传感器可以检测生物标记物或污染物等物质。

2.生物医学生物医学方面是化学传感器应用的热点之一，如血糖检测，氧合度检测，免疫组织学等。

电化学传感器可用于血糖检测、药物检测等，荧光传感器可用于生物标记物的检测。

3.食品安全食品安全是社会关注的问题。

化学传感器的出现大大提高了食品安全检测的效率和准确度，如检测废油、农药残留、食品中的重金属等。

电化学传感器可以检测食品中的硅酸盐、酚等化学成分，晶体传感器可以检测食品质量的变化等。

4.工业应用化学传感器在工业应用中也具有重要的地位。

如：测量pH值、浓度、流速等，以及在电镀、化肥等行业中的应用。

电化学传感器可用于检测化工生产中的磷酸、盐酸等化学物质。

光化学七章PPT课件

从化学组成上来看，目前已发现具有光折变效应的材料大体上可分为三类：无机晶体、半导体、有机/高分子光折变材料。
高分子材料非常易于掺杂多种功能组分，化学方法将功能组分键接到高分子骨架上也较容易实现。此外高分子材料加工性能优良，可方便制备成薄膜、体块等所需形状。因此，高分子光折变材料从1991年被报道至今，已经发展为一个大家族，并构成光折变材料中最具发展前景的一类材料
光致变色反应及其吸收光谱示意图
光致变色反应势能曲线示意图
绝大多数光致变色体系是建立在单分子反应基础上的，势能面曲线的变化能更直观地表现出这一过程。图中a为基态势能曲线或叫热异构化势能曲线，b为化合物A的激发态势能曲线，c为化合物B的激发态势能曲线。
4.2目前对光致变色认识的深入
随着科学研究的发展和深入，基于单分子反应体系的光致变色定义显然是不完全的，需要补充，即目前光致变色的研究还应该包括以下三种模式： 1、多组分反应模式。 2、环式反应模式或多稳态可逆反应模式。 3、多光子光致变色反应体系。
4.6 无机变色材料
无机变色材料主要集中在过渡金属氧化物体系中，主要有MoO3、WO3、V2O5、NiO、Rh2O3、 Nb2O5
4.7无机变色应用举例
5.高聚物的光化学
参看书本274-281
5.1 新型高分子光折变材料
光折变效应（photorefractive effect)是指光照引起材料折光指数改变的效应。
3.2 重氮成像材料
重氮成像材料是一种开发较早、应用也较广泛的非银盐感光材料，广泛应用于缩微、复制和印刷等领域。
重氮盐的光敏性是其应用的基础。重氮影像材料可分为染料影像材料（利用重氮盐
在碱性条件下和酚类化合物因发生偶联反应而生成的偶氮燃料色度来显示影像的一类材料）、微泡影像材料（利用重氮盐光解后产生的氮气来成像的。

光化学传感器的设计和应用研究

光化学传感器的设计和应用研究近年来，随着科学技术的不断进步，光化学传感器成为了科学家研究的热点问题。

光化学传感器以其高灵敏度、快速响应和高精度等特点，在环境保护、生物医学、食品安全等领域有着广泛应用。

一、光化学传感器的原理光化学传感器是一种基于光化学反应的传感器。

其测量原理是基于分子之间的化学反应，当检测物质进入传感器中时，它与传感器内的某种物质发生化学反应，从而引起传感器光学信号的变化。

通过测量这种光学信号的变化，就可以得到检测物质浓度的信息。

二、光化学传感器的设计对于光化学传感器的设计来说，最主要的是选择合适的光化学材料。

这些材料可以是染料、荧光物质或者是金属离子等。

其次是光学检测系统的设计，在光学检测系统中包括光源、光学纤维和探测器等。

目前，随着纳米技术和微流控技术的不断发展，光化学传感器的设计也在不断地改善和完善。

采用微流控技术可以使传感器具备更高的检测精度和更快的响应速度，同时还可以使传感器更加紧凑和高效。

三、光化学传感器的应用光化学传感器在环境监测、生物医学、食品安全等领域有着广泛的应用。

1. 环境监测环境污染已成为人们面临的重要问题之一，光化学传感器可以检测环境中存在的各种污染物质，如氧化氮、二氧化碳、甲醛等，从而不断完善环境监测体系。

2. 生物医学在医学领域，光化学传感器可实现快速检测体内各种成分。

比如可以检测糖尿病患者血液中的葡萄糖含量，或者检测人体内肿瘤标志物等，从而实现对疾病的早期诊断和治疗。

3. 食品安全光化学传感器可检测食品杂质和毒素。

比如可以检测食品中的硫磺、重金属、转基因等有害物质，在保障食品安全方面发挥了积极作用。

四、展望近年来，光化学传感器不断发展，为实现生产和生活的可持续发展做出了积极的贡献。

但是在实际应用中还存在一些问题，如传感器的稳定性不够高、测量范围较小等，这些问题需要我们进一步进行研究和完善。

总之，光化学传感器是一种十分重要的传感技术，具有广泛的应用前景。

光纤光度传感器及光纤化学传感器的结构及原理

光纤光度传感器及光纤化学传感器的结构及原理1.引言1.1 概述概述部分:光纤传感技术是近年来发展迅猛的一种新兴技术，它利用光纤作为传输介质，通过感知环境中的光信号变化，实现对物理量、化学成分等的检测和测量。

在光纤传感技术中，光纤光度传感器和光纤化学传感器是两类常见且重要的传感器。

光纤光度传感器是利用光纤对光信号进行传输和检测的传感器。

其结构主要由光源、光纤、探测器和信号处理器组成。

其原理是通过光源发射的光信号经过光纤传输到检测位置，被探测器接收并转换成电信号，再经过信号处理器分析处理得到所测量的光度信息。

光纤光度传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强、体积小等优点，在工业控制、生物医学、环境监测等领域具有广泛应用。

光纤化学传感器是一种利用光纤与化学反应相结合实现对化学成分检测的传感器。

其结构包括感受层、光纤和信号处理器。

其原理是将感受层与光纤相结合，感受层与目标化学成分发生反应后产生光信号变化，通过光纤将光信号传输到信号处理器进行分析，根据光信号的变化来判断目标化学物质的浓度或存在情况。

光纤化学传感器具有高灵敏度、实时性好、免受电磁干扰等优点，在环境监测、生物医学、食品安全等领域具有广泛应用前景。

本文将详细介绍光纤光度传感器和光纤化学传感器的结构及工作原理。

通过深入了解这两种传感器的结构和原理，有助于我们更好地理解光纤传感技术的应用和发展。

此外，对光纤传感技术的研究和应用进行展望，也有助于我们认识到这一领域的潜力和未来的发展方向。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以按照下面的方式编写：文章结构本文分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个方面的内容。

首先，我们将对光纤光度传感器和光纤化学传感器进行介绍和概述。

然后，我们将提供文章的整体结构，包括各个部分的内容安排和逻辑关系。

最后，我们将明确本文的目的，即阐述光纤光度传感器和光纤化学传感器的结构和原理，以便读者能够全面了解和掌握相关知识。

第4章光化学与生物传感器-1

800 850
pH7.0 Tris-HCl buffer pH9.0 Tris-HCl buffer 510-6 mol/L Li+ 510-5 mol/L Li+ 510-4 mol/L Li+ 510-3 mol/L Li+ 110-2 mol/L Li+ 510-2 mol/L Li+ 0.1 mol/L Li+ 0.5 mol/L Li+ 1.0 mol/L Li+ 0.1 mol/L NaOH
不同物质 + 同一频率光：不同拉曼频移同一物质 + 不同频率光：相同拉曼频移、不同拉曼光频率拉曼与荧光的区别：荧光的hv改变，hv’不变拉曼的hv改变，hv’改变，但不变
折射、反射、衍射和干涉
偏振
其他技术
4-1-3 光学波导基础
•全内反射 •消失波 •光学波导构型 •光学波导损耗 •光导纤维制造工艺简介
4-3 信号转换方式 4-4 发展方向
4-1 基本概念
4-1-1 发展概况
历史
1930年代 Kautsky，Hirsch 吖啶黄/荧光素硅胶 1968 1975 Bergman Lubbers，Opitz 荧蒽芘丁二酸磷光氧聚乙烯荧光氧聚乙烯荧光氧
气敏光化学传感器
1974
1975
压力传感器温度传感器磁传感器
压力、温度物理量传感器触觉
光
光传感器
视觉听觉
压力、声音、磁
脑信
心
处理中生物体反应：跨膜运输酶反应免疫反应核酸杂交
化学∕生物传感器
嗅觉：各种有味气体
息
气体传感器气味传感器味道传感器

光电化学传感器的构建及应用

光电化学传感器的构建及应用本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！i光电化学及光电化学过程光电化学是在电化学的基础上发展起来的一个新学科,是研究光直接对电极或界面材料的影响以及伴随的光能与电能和化学能转化的学科。

1839年，Becquerel首次在由两个相同金属电极和稀酸溶液构成的体系中观察到电极在光照下产生电流的现象（即Becquerel效应）10。

20世纪50年代中期，Brattain 和Garrett12将半导体的光电化学性质与其电子结构特性结合起来，推动了光电化学相关学科的繁荣发展,并为现代光电化学奠定了基础。

进入60年代,DewaldH 提出了半导体光电极产生光电势的机理,进一步从理论层面对光电化学进行了阐述。

1966年，Gerischer[4提出了半导体电极光分解理论,并首次系统研究了半导体/电解质溶液界面的电化学和光电化学行为；随后Kolb等0对半导体/电解质溶液理论不断丰富和发展，这些理论的阐明进一步为现代光电化学的发展奠定了理论基础。

自1972年Fujishima和Honda0发现可以利用TiO2作为光阳极在紫外光照射下催化水的分解以来，光电化学特别是半导体光电化学领域的研究开始得到广泛关注。

近年来，随着对半导体新型电极和电解质溶液体系在光照下的电化学行为和光电转换规律研究的深入，固体物理中一些概念、理论的引入与交叉，以及当前能源、环境、分析等学科领域的不断需求，光电化学方面的研究已广泛深入和应用到了光电催化CO:还原、光电化学太阳能电池、光电化学分解水、光电化学分析等领域,并呈现出蓬勃发展的趋势。

光电化学包括光电转化和电化学两个过程。

其中光电转换过程,是具有光电化学活性的物质吸收光子而处于激发态，所产生的载流子通过与一些分子发生电子交换而产生电荷分离和电荷传递，形成光电压或光电流，实现光能向电能转化的过程，这是光电化学的核心过程?。

化学传感器的原理及应用

化学传感器的原理及应用一.化学传感器定义能将各种化学物质的特性（如气体，离子，电解质浓度，空气湿度等）等的变化定性的或定量的地转换成电信号的传感器称为化学传感器。

二·化学传感器的分类化学传感器包括电化学传感器、光化学传感器、质量化学传感器和热化学传感器。

根据转换的电信号种类不同，可将电化学传感器分为电流型化学传感器、电位型化学传感器和电阻型化学传感器。

以下介绍气敏传感器，湿敏传感器，离子敏传感器（1）气敏传感器气敏传感器是一种基于声表面波器件波速和频率随外界环境的变化而发生漂移的原理制作而成的一种新型的传感器。

气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。

它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。

它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。

1）气敏传感器的主要参数及特性⏹灵敏度：对气体的敏感程度⏹响应时间：对被测气体浓度的响应速度⏹选择性：指在多种气体共存的条件下，气敏元件区分气体种类的能力⏹稳定性：当被测气体浓度不变时，若其他条件发生改变，在规定的时间内气敏元件输出特性保持不变的能力⏹温度特性：气敏元件灵敏度随温度变化而变化的特性⏹湿度特性：气敏元件灵敏度随环境湿度变化而变化的特性⏹电源电压特性：指气敏元件灵敏度随电源电压变化而变化的特性⏹时效性与互换性：反映元件气敏特性稳定程度的时间，就是时效性；同一型号元件之间气敏特性的一致性，反映了其互换性2）气敏感器原理及分类气敏半导体材料的导电机理气敏半导体材料SnO2是N型半导体，它的导电机理可以用吸附效应来解释。

图1（a）为烧结体N型半导瓷的模型，它是多晶体，晶粒内部电阻较低，晶粒间界有较高的电阻，图中分别以空白部分和黑点示意表示。

导电通路的等效电路如图1（b）所示，图中Rn 为颈部等效电阻，Rb为晶粒的等效体电阻，Rs晶粒的等效表面电阻。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

植物凝血素
激素抗体
目前应用：生物修饰敏感层主要涉及酶，抗原或抗体。
酶相关知识
酶的定义：是一类具有催化活性的蛋白质分子。酶特点 (优点) 影响酶活性因素非常高的特异性非常高的催化效率
活性基团种类：组氨酸上的咪唑基、丝氨酸上的羟基、半胱氨酸上的巯基等活性中心的空间构象：独特的三维结构决定了酶发挥其活性的基础环境因素：pH值影响(最佳：生理pH7.4), 抑制剂 (Ag+、Hg2+、As3+等)存在使酶失活
抗原-抗体结合力的主要贡献者
免疫光化学传感器响应
免疫光化学传感器响应特点：与热力学平衡有关
Ab Ag Ab - Ag
免疫光化学传感器响应
无需标记：抗原-抗体结合前后会引起体系
荧光强度或偏振程度的变化而直接被检测。
抗原抗
体检测需标记：无光学性质变化，进行荧光标记。
Ag Ag Ab Ag - Ab Ag - Ab
d[S] d[P] K 2 [E]0 [S] k 2 [ES] 米氏方程(一): V dt dt (k1 k 2 )/k1 [S]
其中： [E]0 [E] [ES] 当[S]很大时： V Vmax k2 [E]0
米氏方程(二):
Vmax[S] V K m [S]
* *
或
Ag Ab Ab* Ag - Ab Ag - Ab*
降低抗原-抗体结合力提高光化学传感器的可逆性
1.减少主体溶剂极性降低抗体－抗原之间的疏水相互作用从而降低抗原与抗体结合力 (消极，因为：结合力发、灵敏度下降) 措施 2.通过改变测量温度降低结合力的方法(消极) 3.通过缓释技术，或竞争结合原理可以作成
第七章
第一节
第二节
生物修饰传感器
识别原理
基于普通光学波导传感器的酶催化传感器
第三节
第四节
基于化学修饰传感器的酶催化传感器
基于简单免疫体系的光化学传感器
第五节
第六节
基于竞争免疫体系的光化学传感器
核酸生物修饰传感器
第三节
基于化学修饰传感器的酶催化传感器
技术产生背景
有些酶催化的反应不产生或不消耗可直接光学检测的物质，但涉及质子的产生与消耗、氧气的产生与消耗、酸性或碱性气体(CO2或NH3)产生与消耗。这些物质很容易被化学修饰光化学传感器所检测，故可采用相应化学修饰光化学传感器作内传感器构建酶催化传感器。
+
O N O
O
心肌黄酶 NAD
O-
O N
O
+
9-羟基异吩噁唑 (强荧光) 灵敏度提高2倍
刃天青 (无荧光)
2. 与NADH反应产生紫外可见吸收
心肌黄酶
NADH
+
噻唑蓝
NAD
+
紫色甲臜强吸收 lmax=558nm
基于其它荧光体系的酶催化传感器
基于辣根过氧化酶(HRP)催化硫胺素的H2O2荧光传感器：硫胺素 + H2O2
文献
﹝7，8﹞
﹝9﹞
胆酸
乙醇苹果酸、草酸盐甘油-3-磷酸 3-羟基-丁酸辅酶I 睪酮雄（甾）酮
羟基类固醇脱氢酶
醇脱氢酶苹果酸脱氢酶
3-羟基胆酸+NAD胆酸酮 +DADH
乙醇+ NAD乙醛+NADH 苹果酸+ NAD草酸盐+NADH 萄糖酸内酯+NADH
﹝10﹞
﹝7，11﹞ ﹝12﹞ ﹝12﹞ ﹝12﹞ ﹝12﹞ ﹝12﹞
碳酸酐酶
促进同分异构体的相互转变磷酸葡萄糖变化酶促进键的形成，同时使ATP 分子中的高能磷酸键断裂谷氨酰胺合成酶
酶在光化学传感器中应用
目前主要限于：氧化还原酶，转移酶。
原因：常常伴随有可供光学检测的物质的产生或消耗; 可直接采用普通光学波导传感器作为内传感器器件; 有时酶所催化的化学反应可能不产生或不消耗可供检测的物质，但往往伴随有易于被化学修饰光化学传感器检测的物质（例如H＋、O2、NH3等）的生成与消耗。
识别原理：在生物修饰传感器中，修饰的生物敏感层在对分析对象进行生物识别的同时，能向普
通光学波导传感器或化学修饰光化学传感器提供
可检测的光学信号。
特点：与分子或离子化学识别相比，生物识别有更高的选择性与灵敏度。
生物修饰敏感层
具有生物识别功能的生物物质酶抗原或抗体
微生物
结合蛋白
免疫反应
免疫反应：当动物体收到外界异性物质（抗原）的侵
入时，动物体内的免疫系统细胞就会产生一种与这
些异性物质相对抗的物质（抗体），通过抗体与抗
原的结合使抗原的作用消失。
免疫反应
抗原：具有免疫原性与抗原特异性。按来源可分为天然抗原、人工抗原和合成原。一般为具有较大分子量的生物活性物质，例如蛋白质、多糖、核酸等，有时为小分子活性物质(半抗原)，药物，激素，肽等。
尼龙网
器
葡萄糖 + O2
葡萄糖
O2
样品
葡萄糖酸
图7-5 氧光化学传感器为基础光极的葡萄糖生物传感器
传感器的特性
样品中葡萄的浓度越大，传感器的荧光强度
信号越大；
检测范围0.1 ~ 20 mmol/L；
响应时间几分钟之内。
氨气酶光极传感器为基础传感器的酶催化传感器
由Blum等人提出(Anal. Chim. Acta, 1989, 227, 387) 荧光素酶
ATP + 荧光素 + O2
AMP + 氧化荧光素 + PPi + CO2
hn (lmax=560 nm)
应用：
检测ATP， DL=10-10 molL-1 其它有ATP参与的代谢过程所涉及的反应物
NADH-黄素单核苷酸(FMN)-氧化还原酶-O2-荧光素酶生物催化发光体系氧化还原酶 NADH + H+ + FMN 荧光素酶 FMNH2 + RCHO + O2 FMN + RCOOH + H2O hn(lmax = 490nm) NAD + FMNH2
其中： K m (k1 k 2 )/k1
检测器
光学波导
内传感器
光极
生物催化层
底物酶产物
底物
样品
产物
图7-2 酶催化光化学传感器识别原理
识别过程
传质扩散
底物(分析对象)：样品相产物：生物催化层生物催化层样品相
稳态响应信号：产物生成速度恰好等于产物离开生物层的净速度。分析对象根据校正曲线+稳态响应信号(快响应) 浓度测定根据校正曲线+反应速率(响应时间较长)
基于化学或生物发光的酶催化反应体系
鲁米诺(Luminol)+H2O2化学发光体系
许多氧化酶催化的反应伴随有H2O2产生，将氧化酶与过氧化酶固定在一起可建立灵敏的化学发光酶催化传感器，用于检测底物，如：尿酸、氨基酸、乳酸、葡萄糖、胆固醇、胺类、丙酮酸等。
ATP-荧光素-O2-荧光素酶生物发光体系
的重要物质，在反应中主要起递氢作用。
还原型(NADH)：荧光较强辅酶I类型 lEx = 360nm, lEM = 460nm 氧化型(NAD)：无荧光
表7-3 检测NADH荧光的脱氢酶催化传感器
分析对象
乳酸、丙酮酸
葡萄糖
固定化酶
卤酸脱氢酶
葡萄糖脱氢酶
催化反应
乳酸+NAD丙酮+NADH
葡萄糖+ NAD葡萄糖酸内酯 +NADH
第二节
基于普通光学波导传感器的酶催化传感器
紫外吸收
类型
(根据检测信号分) 荧光(NADH体系 )
化学发光(Luminol)
基于紫外吸收信号检测的酶催化传感器
探测光纤信号光纤
例：基于碱性磷酸酯酶的普通光化学传感器
Anal. Chem. 1985,57,565 滤光片 404.7nm
公共端
钨灯
P M T
-COOH端
图7-3 IgG 分子结构示意图
五种免疫球蛋白结构示意图
抗体与抗原的结合力
氢键力作用通过 NH2 OH 作用非极性作用库仑力作用分子间吸引力立体排斥力
通过非极性侧链作用

通过两侧链相反电荷吸引
通过范德华力作用
通过结合部电子云互补抗体识别抗原分子的基础
葡糖-6-磷酸-脱氢酶甘油-3-磷酸+ NAD6-磷酸葡 3-羟基-丁酸脱氢酶醇脱氢酶羟基类固醇脱氢酶
3-羟基-丁酸+ NAD乙酰乙酸 +NADH 乙醇+ NAD乙醛+NADH 睾酮雄（甾）酮+ NAD类固醇 +NADH
与NADH生成反应耦合
1. 与NADH反应产生更强荧光产物
O-
NADH
可逆响应的光化学传感器(积极)
第七章
第一节
第二节
生物修饰传感器
识别原理
基于普通光学波导传感器的酶催化传感器
第三节
第四节
基于化学修饰传感器的酶催化传感器
基于简单免疫体系的光化学传感器
第五节
第六节
基于竞争免疫体系的光化学传感器
核酸生物修饰传感器
第二节
基于普通光学波导传感器的酶催化传感器
概念：当酶催化反应直接产生或消耗可供光学检测的物质时，可将相应的酶固定于普通光学波导传感器的探头上，构成酶催化传感器。
酶蛋白
辅助因子蛋白链
全酶的结构与分子组成