生物传感器气体检测
生物传感器技术在环境保护中的应用
生物传感器技术在环境保护中的应用随着经济的发展和全球化的进程，环境污染问题日益凸显，给人类和生态环境带来了严重的威胁。
因此，环境保护已经成为全球重要议程之一。
在这个背景下，生物传感器技术作为新兴的环境监测和污染控制技术，因其高灵敏度、高选择性和低成本等优势，受到广泛的关注和应用。
一、生物传感器技术的原理和种类生物传感器技术是一种将生物分子或细胞等生物元素与传感器技术相结合，并对其产生的信号进行检测和分析的技术。
其原理是，利用生物与化学、物理、电子等技术相结合，将生物分子或细胞等生物元素识别目标物质，并将其转换为电信号或光信号等形式，然后通过传感器进行检测和分析，最终实现对目标物质的监测和分析。
目前，生物传感器技术主要分为电化学传感器、光学传感器、声学传感器和生物芯片等多种类型。
二、生物传感器技术在环境监测中的应用生物传感器技术在环境保护中的应用主要集中在以下几个方面。
1、水质监测水质是人类生产和生活中不可缺少的资源，但受到化工农业、城市化等因素的影响，水体污染逐渐严重。
生物传感器技术可以利用生物分子对水中污染物质的特异性识别和反应，从而检测水中的污染物质。
例如，利用酶作为生物分子，和电化学传感器、光学传感器相结合，可以实现对水中污染物质如重金属、有机物等的检测。
2、空气质量监测空气质量监测是保障城市居民健康的重要举措，但是传统的空气质量监测方法成本高、检测效率低。
生物传感器技术可以利用微生物等生物元素的生理反应，对空气中的污染物质进行监测。
例如，可以利用大肠杆菌、酵母菌等微生物作为生物传感器，对空气中的有害气体如苯、甲醛等进行检测。
3、土壤污染检测土壤污染是农业生产和城市化发展中不可避免的问题，对环境和人类健康带来极大的危害。
生物传感器技术可以利用生物分子对土壤中有害物质的特异性识别和反应，从而实现对土壤污染的监测和分析。
例如，可以利用酶、生物纳米粒子等生物分子作为生物传感器，对土壤中有害物质如重金属、农药等进行检测。
生物传感器的原理与应用
生物传感器的原理与应用生物传感器是一种能够依靠生物分子与物理信号进行相互作用，实现生物信息转化和检测的装置。
它借鉴了生物学，化学和电子学的理论和技术，广泛应用于医疗、环境、食品安全等领域。
本文将介绍生物传感器的原理和一些常见的应用。
一、生物传感器的原理生物传感器通常由三个组成部分构成：生物识别元件、信号转换元件和信号处理元件。
1. 生物识别元件：生物传感器通过生物识别元件与待测物相互作用，实现检测和分析。
生物识别元件通常是具有特定选择性的生物分子，如酶、抗体、核酸等。
通过与待测物相互作用，生物识别元件可以产生特异性的信号响应。
2. 信号转换元件：信号转换元件将生物识别元件产生的生物分子信号转化为物理或化学信号。
常见的信号转换元件包括光电二极管、电化学电极和晶体振荡器等。
不同的生物传感器采用不同的信号转换元件来实现信号的转换和放大。
3. 信号处理元件：信号处理元件将信号转换元件转换得到的物理或化学信号进行放大、滤波和解码等处理。
信号处理元件通常由微处理器或电子电路组成，能够对信号进行实时监测和分析，并输出相应的结果。
二、生物传感器的应用生物传感器在医疗、环境监测和食品安全等领域有广泛的应用。
1. 医疗领域：生物传感器在医疗诊断中起到了重要的作用。
例如，血糖传感器可以测量血液中的葡萄糖浓度，用于糖尿病患者的自我监测。
基因传感器可以检测DNA序列，用于遗传疾病的早期筛查。
此外，生物传感器还可以用于药物筛选和监测药物浓度等方面。
2. 环境监测：生物传感器被广泛应用于环境监测，尤其是水质和空气质量监测。
水质传感器可以检测水中的氨氮、重金属等物质，用于水质评估和污染监测。
生物传感器还可以用于检测空气中的有害气体和微生物，提供实时的环境监测数据。
3. 食品安全：生物传感器在食品安全领域也有重要的应用。
例如，食品中的农药残留可以通过生物传感器进行快速检测。
利用生物传感器还可以检测食品中的重金属和微生物等有害物质，确保食品的安全性。
化学传感与生物传感器
化学传感与生物传感器传感器是一种能够感知或测量某种物理量或化学物质的设备或装置，它在各个领域中扮演着重要的角色。
在化学领域中，化学传感器常用于检测和测量特定化学物质的存在和浓度，从而实现对环境和生物体系中化学变化的监测与控制。
而生物传感器则是一种利用生物分子与传感元件相结合的传感器，其在生物医学领域中有广泛的应用。
一、化学传感器化学传感器是利用一定的化学作用或现象，将化学变化转换为可以测量的信号的装置。
其通过对目标化学物质与传感元件之间的区别进行监测，实现对化学物质的测量和检测。
常见的化学传感器包括 pH 传感器、溶解氧传感器、气体传感器等。
pH 传感器是常用的化学传感器之一，它通过测量物质的氢离子浓度来确定溶液的酸碱程度。
pH 传感器通常由玻璃电极、参比电极和温度补偿电极组成。
当浸泡在待测溶液中时，其产生的电势信号将与溶液的 pH 值相关联，从而达到测量的目的。
溶解氧传感器用于测量溶液中的氧气浓度，其常用于水质监测和生物过程控制中。
溶解氧传感器通常由氧敏感膜和电极组成，当待测溶液中的溶解氧通过氧敏感膜进入传感器时，会引起电极电势的变化，从而实现浓度的测量。
气体传感器常用于检测空气中各种气体的浓度，如 CO₂、甲烷、二氧化硫等。
气体传感器的工作原理通常基于气体与一定的传感元件间的化学反应。
通过检测这种化学反应引起的信号变化，可以确定目标气体的存在和浓度。
二、生物传感器生物传感器是一种利用生物分子与传感元件相结合的传感器，主要用于检测和监测生物分子或生物过程中的化学变化。
生物传感器具有高灵敏度、高选择性和高稳定性等特点，广泛应用于医学、生物工程和环境监测等领域。
生物传感器的基本结构通常包括生物分子识别元件和信号转换元件。
生物分子识别元件可以是抗体、酶、核酸或其他具有特异性识别能力的生物分子。
信号转换元件则将生物分子的识别与测量信号的转换相结合，通常利用电化学、光学或质谱等技术。
例如，著名的葡萄糖传感器就是一种常见的生物传感器，它利用酵素反应来测量血液中的葡萄糖浓度。
生物传感器在环境监测中的应用案例分析
生物传感器在环境监测中的应用案例分析引言：随着工业化和城市化进程的加快以及人口的持续增长，环境污染问题日益严重，对人类健康和生态平衡造成了严重威胁。
为了保护环境、实现可持续发展，环境监测变得尤为重要。
生物传感器作为一种新兴的监测技术，具有灵敏度高、选择性好、响应迅速等优点，在环境监测领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍几个生物传感器在环境监测中的应用案例以及其优势和挑战。
一、水质监测1.生物传感器原理水质监测是生物传感器在环境监测中的重要应用之一。
通过利用生物传感器，可以实时监测水中的污染物浓度，以便及时采取措施保护水源。
一种常见的方法是将生物传感元件与DNA、抗体等生物材料结合，通过与目标物质的特异性作用，产生电化学或光学信号。
2.应用案例：水中重金属监测重金属是水污染的主要来源之一，对人体健康和生态环境都有严重影响。
美国科学家利用基于DNA结构的生物传感器，成功开发了一种能够检测水中镉离子浓度的传感器。
该传感器能够准确快速地测定低于国家标准的镉离子浓度，为环境部门提供了一种有效的监测手段。
二、空气质量监测1.生物传感器原理空气质量监测是另一个重要的环境监测领域，生物传感器在此领域的应用也有广泛的前景。
生物传感器可以通过检测和测量空气中的有害气体浓度来监测空气质量。
常用的生物传感元件包括微生物、酶和DNA等，它们能够与目标分子发生特异性反应，进而产生电化学或光学信号，以实现对空气质量的监测。
2.应用案例：VOCs监测挥发性有机化合物（VOCs）是空气污染的主要成分之一。
澳大利亚科学家研发了一种基于酶的生物传感器，可快速检测空气中的VOCs浓度。
该传感器采用醋酸酯酶作为生物传感元件，与VOCs发生酶促反应，通过测量产生的电流变化来监测VOCs浓度。
该生物传感器具有高灵敏度、选择性好和响应迅速等优点。
三、土壤质量监测1.生物传感器原理土壤是农业生产和生态系统健康的基础，土壤质量的监测对于农业生产和环境保护至关重要。
微生物在生物传感器中的应用
微生物在生物传感器中的应用生物传感器是一种能够检测和识别生物标志物的器件，广泛应用于医学、环境监测、食品安全等领域。
微生物作为一类生物体，在生物传感器中具有重要的应用价值。
本文将从微生物在生物传感器中的应用原理、分类及实际应用案例等方面进行论述。
一、微生物在生物传感器中的应用原理微生物可以通过对特定物质的识别和反应来实现传感器对目标物质的检测。
微生物传感器的工作原理主要包括两个方面：基于微生物生理活性的传感器和基于微生物生物化学反应的传感器。
基于微生物生理活性的传感器通过检测微生物对待测物质的生理反应来实现传感功能。
例如，利用微生物的光合作用可实现对环境中氧气、二氧化碳等气体的检测。
此外，一些微生物对特定有机物质或金属离子具有高度选择性的生理反应，可以用于检测环境中的有毒物质和重金属离子。
基于微生物生物化学反应的传感器则利用微生物的代谢反应对目标物质进行识别和测定。
例如，通过测定微生物生长过程中有机物质的代谢活性变化，可以间接检测目标物质的浓度。
此外，还可以利用微生物的酶反应、氧化还原作用等对待测物质进行测定。
二、微生物传感器的分类根据具体的应用需求和传感原理，微生物传感器可以分为多种类型。
以下是一些常见的微生物传感器分类：1. 光学微生物传感器：利用微生物生理活性对光信号的变化进行检测和测量。
例如，通过测量微生物生长过程中的吸光度变化来间接检测目标物质的浓度。
2. 电化学微生物传感器：利用微生物对待测物质的氧化还原反应或产生的电流进行检测。
例如，通过测量微生物代谢产生的电流变化来实现对有机物质的测定。
3. 压电/石英微生物传感器：利用微生物对待测物质产生的质量变化或压力变化引起的声波振动来进行测量。
例如，通过测量微生物在压电晶体上的生物质量变化来实现对目标物质的检测。
4. 气体敏感微生物传感器：利用微生物对气体的敏感性进行检测。
例如，利用微生物的光合作用反应来检测环境中的氧气浓度。
三、微生物传感器的实际应用案例微生物传感器在各个领域都有广泛的应用，以下列举几个实际应用案例。
生物传感器技术在检测中的应用
生物传感器技术在检测中的应用随着科技的不断发展，生物传感器技术已经成为目前最为先进的检测技术之一。
生物传感器技术是利用生物材料对目标分子的高灵敏度与特异性反应，从而将其转变成可测量或可读取的信号，并将其用于检测、监测或测量分析领域。
该技术在医疗、生物学、环境保护等领域中有着广泛的应用，已成为现代化检测技术的重要组成部分。
一、生物传感器技术的概述生物传感器是指利用生物元件与传感器原件的有机结合，用于检测、监测或测量分析的技术。
其中，生物元件通常是具有对目标分子高度特异性的生物分子，如抗体、DNA、酶等，而传感器原件则可以是电子器件、光学器件或质谱分析设备等。
生物传感器技术具有高度灵敏性、选择性和快速响应的优势，因此在医疗、生物学、环境保护、食品安全等领域中得到了广泛的应用。
如在医学领域，生物传感器技术可以用于早期癌症的诊断、慢性病的监测、药物的筛选等；在生物学领域，生物传感器技术可以用于基因的检测、蛋白质的鉴定等；在环境保护领域，生物传感器技术可以用于水质、空气质量等的监测。
二、生物传感器技术的应用1. 医学领域生物传感器技术在医学领域有着广泛的应用。
其主要应用包括：诊断、监测和治疗。
生物传感器技术可以用于早期癌症的诊断。
因为癌症细胞会释放出一些特定的生物标志物，这些标志物可以被生物传感器检测到，进而发现患者是否患有癌症。
此外，生物传感器技术还可以用于慢性病的监测，如糖尿病、高血压等。
通过植入生物传感器设备，患者可以实时检测到自身的生理参数，从而及时采取措施。
生物传感器技术还可以用于药物的筛选、治疗过程中的监测，使治疗更加准确有效。
2. 生物学领域在生物学领域，生物传感器技术可以用于基因的检测、蛋白质的鉴定等。
例如利用生物传感器技术可以检测基因突变和表达水平的变化，从而帮助科学家了解基因对人类健康的影响。
此外，生物传感器还可以用于蛋白质的鉴定，帮助科学家了解蛋白质的结构和功能。
3. 环境保护领域生物传感器技术在环境保护领域也有着广泛的应用。
环境中气体污染物的分析与检测方法
环境中气体污染物的分析与检测方法随着工业化和城市化的快速发展，环境污染问题日益凸显，其中气体污染物是主要的污染源之一。
气体污染物对人类健康和生态系统造成严重影响，因此，准确地分析和检测环境中的气体污染物显得尤为重要。
首先，我们来探讨一些常见的气体污染物。
二氧化硫（SO2）是燃煤和工业生产过程中产生的主要气体污染物之一。
它不仅对人体呼吸系统有害，还会导致酸雨的形成。
另一个常见的气体污染物是二氧化氮（NO2），它主要来自于汽车尾气和工业废气。
长期暴露于高浓度的二氧化氮中会导致呼吸道疾病和心血管疾病的发生。
此外，臭氧（O3）也是一个重要的气体污染物。
臭氧的生成与氮氧化物和挥发性有机物的反应有关，它对人体的呼吸系统和植物的生长产生负面影响。
为了准确地分析和检测环境中的气体污染物，科学家们开发了多种方法。
其中，传统的方法包括使用气相色谱法（GC）和质谱法（MS）等。
气相色谱法通过将样品中的气体污染物分离并通过检测器进行检测，可以实现对不同气体的定量分析。
质谱法则通过将气体分子离子化，并根据其质量-电荷比来识别和定量分析气体污染物。
这些传统方法已经被广泛应用于环境监测领域，具有准确性和可靠性的优势。
然而，随着科学技术的不断进步，新的气体污染物分析与检测方法也不断涌现。
例如，近年来，光谱技术在气体污染物分析中得到了广泛应用。
红外光谱法（IR）和拉曼光谱法（Raman）可以通过测量气体分子与特定波长的光的相互作用来确定气体成分和浓度。
这些光谱技术具有快速、非破坏性和高灵敏度的特点，可以实现对多种气体污染物的同时分析。
此外，生物传感技术也被用于气体污染物的分析与检测。
生物传感器是一种利用生物分子（如酶、抗体和细胞）与目标分子发生特异性作用来检测和测量气体污染物的装置。
例如，气体传感器可以利用微生物的代谢活性来检测环境中的气体污染物浓度。
这种生物传感技术具有快速、灵敏和选择性高的特点，可以应用于实时监测和预警系统。
化学传感器与生物传感器
化学传感器与生物传感器化学传感器和生物传感器是近年来快速发展的一类传感技术，它们在各个领域中发挥着重要的作用。
本文将分别介绍化学传感器和生物传感器的原理、应用以及未来的发展前景。
一、化学传感器化学传感器是一种能够实时检测化学物质浓度或质量的装置。
它主要由传感体、转换元件和信号处理部分组成。
传感体通常是一种化学材料，能够与所检测的化学物质发生特异性反应，并产生信号。
转换元件将传感体所产生的信号转化为可测量的电信号或光信号。
信号处理部分用于对信号进行放大、滤波、解调等处理，最终得到所需的测量结果。
化学传感器在生活中有着广泛的应用。
例如，气体传感器可以用于检测环境中的有害气体浓度，如甲醛、二氧化碳等。
水质传感器可以监测水中的各种离子浓度，有助于保护水资源和保证饮用水质量。
医疗传感器则可以用于监测血液中的生化指标，帮助医生进行疾病的诊断和治疗。
未来，化学传感器还有很大的发展空间。
随着纳米技术的进步，人们可以设计出更加灵敏、选择性更好的传感体，提高传感器的检测灵敏度和准确性。
此外，化学传感器与人工智能技术的结合也将带来更多的应用前景，例如智能家居领域中的空气质量监测和智能健康设备中的生化指标检测等。
二、生物传感器生物传感器利用生物材料（如酶、抗体、核酸等）作为传感体，通过其与待测物质发生生物识别反应来实现对待测物质的检测。
生物传感器具有高选择性和高灵敏度的特点，广泛应用于环境监测、医学诊断等领域。
常见的生物传感器包括酶传感器、免疫传感器和DNA传感器。
酶传感器通过酶与底物的反应来测量底物的浓度，常见的应用有血糖仪和酶标仪。
免疫传感器基于抗体与抗原的特异性结合反应，可以用于检测细菌、病毒等微生物的存在。
DNA传感器则利用互补碱基配对原理，可以用于检测基因突变、病毒DNA等。
生物传感器在医学领域中有着重要的应用。
例如，血糖传感器可以帮助糖尿病患者进行血糖监测，指导他们的胰岛素使用。
基因传感器可以对遗传病进行早期诊断，帮助患者及时接受治疗。
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• 实际上,气敏材料的敏感机理极为复杂,不仅涉及各种气敏 机理模型,而且在同一反应中往往存在多种机理的相互作 用。目前,人们对气敏材料敏感机理的研究正在探索与发 展中,其研究工作远落后于实际应用,然而,随着研究的不断 深入,人们对气敏机理的探索必将获得新的突破。
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WO3基气敏传感器
• WO3基气敏传感器是检测H2S、NOx、O3和NH3等气体 最有前景的新型氧化物气敏传感器之一。 • WO3基气敏传感器最早报道于1967年,当时美国Shaver[1] 等采用真空蒸发钨薄膜经600—700℃加热氧化制得WO3 薄膜,并用喷涂少量Pt的方法来增强WO3对H2及含氢气体 ( N (如N2H4、NH3和H2S等)的灵敏度,使气敏传感器的灵敏度 NH H S ) , 显著提高,从而为半导体气敏传感器的实用化奠定了坚实 的基础。近几年的研究表明,氧化钨基气敏材料不仅对氧 化性气体而且对还原性气体也表现出很好的敏感特性。
微系统研究中心Βιβλιοθήκη 20112011-4-2811
• 原理：通过在光纤末端固定一些NO 敏感材料, 分析时将 此端插入待测溶液, 敏感材料与待测组分相互作用, 引起敏 感材料的光学特性(如吸光度、反射率、荧光强度、化学 发光强度或光谱学其它特性)发生改变, 通过一定的方法来 检测这些特性的变化反映NO 的含量。 按敏感材料分类：1)化学发光型NO光纤传感器 ,2)吸收型 NO 光纤传感器,3)荧光型NO 光纤传感器. • 几种新型的NO检测方法:近年来, 科学家们已研究出了一 大批可适用于光纤传感器的新型NO 探针和检测方法, 如 臭氧( O3 )氧化化学发光测定法、2, 7- 二氯氢化荧光素NO 探针、金属配合物类NO荧光探针和芳香邻二氨类NO荧光 探针等, 其中金属配合物类和芳香邻二氨类是最近几年研 究的热点。
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NO光纤传感器
• 一氧化氮( NO)是生物体内一种重要的信使分子和效应分 子, 在生理和病理过程中起着重要作用,在神经、免疫、血 液、内分泌、呼吸、消化等系统具有重要的生理功能, 同 时也是心脑血管、糖尿病、肿瘤、肥胖等多种疾病病理过 程的重要因素实现对生物体内NO快速、准确的检测, 具有 重要的意义, 将光纤传感技术应用到对NO的检测中是目前 最有前景的方法之一。 • 检测方法： 一种是直接测量法, 即直接利用NO 本身或 NO 与其他试剂产生的信号进行测定, 如鲁米诺化学发光 法、N - 乙酰半胱氨酸(NACNO )荧光法、流式细胞术法、 高铁血红蛋白(M eHb)法等 • 另一种方法：间接测量法, 即测定其代谢终产物NO2- 或 NO3- .
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• 步骤：1）质粒构建 • 2）MCF-7 细胞培养与转染 • 3）嗅觉受体的生物鉴定 • 4）嗅觉受体蛋白的粗提取 • 5）传感器的构建与检测 • 表面声波检测原理： 采用双通道延迟线型声表面波器件作为换能器， 通过检测嗅觉受体与气体结合过程中的质量变化情况，实现气体的特 异性检测。声表面波器件采用旋转128°Y 切X 传播的LiNbO3 • 基片。其中，一个通道作为参比通道，中心频率为120. 1 MHz;另一 • 个通道作为检测通道，中心频率为119. 6 MHz。传感器带宽为0. 9 MHz，Q 值为133. 5，传感器结构如图1 所示。在双通道SAW 延迟线 振荡器结构中，一个通道的SAW 传播路径被气敏薄膜所覆盖而用于 • 测量，另一通道未覆盖薄膜而用于参考。两个振荡器的频率经混频取 差额输出，以实现对共模干扰自补偿。
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光纤CO检测 光纤CO检测
• CO是一种无色、无臭、无味的有毒气体,很小的体积分数就可以对身 体造成致命伤害,而且,它也是煤矿井下爆炸气体之一,它的爆炸范围为 12. 5 %～74. 2 %。因此,实现对CO体积分数的检测,及时发现事故隐 患,尽早采取补救措施是非常重要的。 • 原理：在分析CO气体红外吸收光谱特性的基础上,将差动吸收型光纤 传感技术和计算机数据处理技术相结合,研制了一种高准确度的CO气 体体积分数检测系统。采用双光源双探测器的光路模型消除光源发光 功率不稳定和探测器灵敏度不稳定等因素给检测系统带来的误差。 • 设计参比气室消除了CO检测环境潮湿、粉尘严重和杂质气体干扰等 因素给测量结果带来的影响本系统克服了以往检测方法的不足,具有选 择性好、灵敏度高、响应速度快等优点,除了能适应地面气体检测外, 更能适用于矿井气体的检测
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光纤传感器
• 定义与优点：是利用光纤元件的传感器，具有敏感度高、 抗电磁干扰、 耐腐蚀、 电绝缘性好 ,便于与计算机和被测 实物连接 ,结构简单、 体积小、 重量轻、 耗电少、适合 于有毒有害、 防火防爆环境及远程分布场合应用等优点 • 分类：按照工作原理不同可分为功能型和非功能型。 • 功能型光纤传感器：利用光纤作敏感元件 ,基于光纤的物 理效应 ,被测量调制光纤参数 ,再调制光纤中的光波参数 , 故也称为传感型或全光型光纤传感器。 • 非功能型传感器：利用其它敏感元件感受被测量的变化 , 且敏感元件参数调制光波参数 ,光纤只作为传输介质 ,传输 来自远处或难以接近场所的光信号 ,故也称为传光型或混 合型光纤传感器。
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• 生物体内NO 是由L- 精氨酸( L- A rg) 通过一氧化氮合酶 ( NOS)的作用而产生的, 其化学性质非常活泼, 在有氧条件 下极不稳定( t1 /2 < 6s), 易氧化成亚硝基葎( nitrosonium) • 阳离子( NO+ ), 亚硝酸盐(NO2- )、硝酸盐( NO3- )是NO 主 要而稳定的代谢产物。NO 在水溶液中中等程度稳定, 但 可与亲核试剂或其他氮氧化物强烈反应.在生命体系中, 平 . , 均每个细胞仅释放1~200attomo l( 1attomo l= 10- 18mo l) 的NO, 故要实现对生物体内NO 含量的直接测定难度很大。 • 目前常用的NO 测定方法多为间接法, 如Griess比色法、催 化光度法、高效液相色谱法等, 化学发光法和荧光分析法 中大部分也属于这种类型.
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二氧化碳光纤传感器
• 光纤二氧化碳(CO 2 )传感器：被测的 CO 2通过渗透膜 M CO 2,并与碳酸氢负离子(HCO3 -)小室相连的pH敏感膜M pH的荧光物质作用。光纤的出射光照射 M pH后产生荧光, 并被出射光纤收集。 HCO3 -的作用是增强荧光效率，CO2 的浓度调制荧光强度。因此,测量荧光强度便测得CO2浓度。
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二氧化氮光纤传感器
• 光纤二氧化氮(NO2 ) 传感气按原理不同分为两类： 弹光型光纤 NO2 传感器和光谱吸收型 NO2 传感器。 • 弹光型光纤 NO2 传感器：基于光声效应和弹光效应 ,光 声效应是光通过光声材料时产生声波的现象。具体的说 , 开关调制的光波(波长是 496. 5 nm)通过充有 NO2 气体的 光声元件时 ,由于NO2 对该光谱(496. 5 nm)有最大吸收 量 ,于是光声元件产生周期声波 ,该声波压力使绕有光纤的 弹光元件产生弹性形变 ,进而导致光纤中传输的光波相位 变化。因此 ,测量光纤中光波相位变化便可测量 NO2 浓度。
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• 目前主要有NO 电化学传感器和NO 光纤传感器两大类. • NO 电化学传感器研究较早, 种类也很多, 如卟啉NO 传感 器、铂铱合金NO电极、化学修饰的氧电极、热变性的Cyt C 电极和C- PTIO电极等。尽管电化学方法测定NO 误差 小, 结果准确, 但不适用于生物体特别是人体的在体实时检 测。 • 光纤传感技术是近十几年来兴起的一种高灵敏度、可进行 远距离实时分析的微量分析技术。该技术由于具有信息传 输容量大、抗电磁干扰、抗震、多组分传感集成化、可微 型化、可进行遥测和原位在线监测等方面独特的优点, 代 表了新一代传感器的发展趋势, 在医疗、水质监测、食品 卫生检测、生物试剂检测等方面有着巨大的应用潜力利用 光纤传感技术研制的NO传感器, 灵敏度高, 信号传输快, 对 环境的适应性好,易微型化, 是目前科学家们研究的热点。
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WO3气敏传感器的气敏机理
• 金属氧化物半导体气敏材料的气敏特性,是指在一定温度 下材料跟所接触的氧化或还原型气体发生反应,从而导致 材料的电阻值发生变化的现象。现有的半导体氧化物的气 敏机理模型主要有吸、脱附模型,晶界势垒模型,氧化还原 模型,半导体能级模型,催化燃烧模型,固体电解质模型和气 固分配平衡模型等。化学吸、脱附模型是利用气体在气敏 材料上的化学吸、脱附进行检测的。 • 目前应用最为广泛的气敏机理模型:化学吸、脱附模型 • 检测气体：H2S、NOX、NH3、H2、CO、O3等
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吸、脱附模型WO 吸、脱附模型WO3基气敏材料气敏机理
• WO3属于过渡金属氧化物,化学计量的WO3经高温加热会脱去少量晶 格氧,形成WO3-x(x=0·02—0·28)的非化学计量化合物,成为n型半导 • 体。在一定温度下,空气中的氧在WO3气敏材料表面会发生化学吸附 形成O2ads-、Oads-或Oads2-。当环境温度高于450K时,吸附氧以 Oads-的形式占优势。此时,当环境气氛中存在还原性气体R时, • 吸附氧与其在气敏材料表面发生如下反应(式1): • R+Oads-ROads+e-(1) • 还原性气体与化学吸附态的氧离子反应向导带释放出电子,使WO3基 气敏材料的电导升高,从而实现对待测气体的灵敏检测。当环境气氛中 存在氧化性气体时,氧化性气体在吸附过程中捕获半导体导带上的电子, 形成束缚电子,导致WO3基体材料电导率迅速降低,从而实现对氧化型 气体的灵敏检测。