第10章 化学传感器与生物传感器.pptxVIP

传感器技术与应用

2第10章化学传感器与生物传感器10.1化学传感器10.2生物传感器10.3柔性生物传感器

第10章知识目标（1）掌握化学传感器的定义及其类型划分；（2）掌握pH酸度计的基本构成及其工作原理；（3）掌握离子敏场效应管传感器的基本构成及其工作原理；（4）掌握气敏传感器的基本工作原理与主要类型；（5）掌握湿敏传感器的基本工作原理与主要类型；（6）掌握生物传感器的定义及其类型划分；（7）掌握酶传感器的基本工作原理与主要类型；（8）掌握微生物传感器的基本工作原理与主要类型；（9）掌握免疫传感器的基本工作原理与主要类型；（10）掌握柔性生物传感器与柔性生物电传感器的基本概念与工作原理。3

第10章能力目标（1）能够理解化学传感器与生物传感器的关联性；（2）掌握pH酸度计的应用特性；（3）掌握离子敏场效应管的应用特性；（4）掌握主要类型的气敏传感器与湿敏传感器的应用特性；（5）掌握酶传感器、微生物传感器、免疫传感器的应用特性。4

510.1化学传感器10.1.1化学传感器概述化学传感器技术交叉融合了化学、生物学、电学、光学、力学、声学、热学、半导体技术、微电子技术、薄膜技术等多个学科门类。我国现行标准《传感器通用术语》（GB/T7665-2005）中对化学传感器的定义：“能感受规定的化学量并转换成可用输出信号的传感器”。1.化学传感器的定义

62.化学传感器的应用（1）环保领域用于检测大气、水体和土壤中的有毒、有害物质。例如：二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、甲醛、苯等有害气体和重金属离子等。（2）医疗领域例如：①检测生物体内的葡萄糖、乳酸、尿酸、肌酐等生化指标；②检测药物与受体结合的变化，掌握药物的活性、药效等信息。主要用于病理检测和药物分析。

7（3）公共安全领域用于检测公共领域可能泄漏的有毒、有害化学物质。例如：氯气、氨气、硫化氢等。（4）工业生产领域用于监测化学工业生产过程中的原料、中间体和产品的成分和浓度，为生产过程的控制和优化提供重要数据支持。（5）基础研究领域作为科研仪器的核心部件，用于研究化学反应机理，探测新物质等。

83.化学传感器的构成（1）分子识别元件即为敏感元件，也称为感受器，作用是感受被测量的变化。分子识别元件由具有化学敏感特性的材料制成的，能够对特定的化学物质或离子产生响应。

9（3）转换元件转换元件基于物理、化学等各种原理，将敏感元件产生的化学信号转换成电位、电流、电阻、电容等参量的变化。（2）分离器作用是利用混合物中各组分的不同性质将其分离，方便后续进行更加准确的化学分析或检测。注意：分离器不是所有化学传感器必须具有的部分。是否需要，取决于具体的化学传感器类型和应用场景。

104.化学传感器的类型划分当被测物质与电极接触时，会发生电化学反应。电势型化学传感器将溶解于电解质溶液中的离子作用于离子电极，产生电势输出。保持电极和电解质溶液的界面为一恒定电位，将流过外电路的电流作为传感器的检测信号。以被测物氧化或还原后的电解质溶液电导的变化作为传感器的检测信号。基于物质与光的相互作用基于物质的热学性质基于物质的质量变化离子选择性电极（ISE）基本原理是离子识别能够对气体的成分或浓度信息进行检测能够检测特定环境中水汽含量能够对生物物质敏感并将其转换为可用电信号

1110.1.2离子传感器1.离子传感器概述一种利用离子选择电极将溶液中特定离子浓度转换成可用电信号的传感器。具有选择性好、灵敏度高、响应速度快、使用寿命长等特点。通常由离子选择电极和参比电极组成，通过测量离子选择电极和参比电极之间的膜电位来检测离子浓度。（1）膜电位：将离子选择性电极浸入含有一定活度的待测离子溶液中时，在敏感膜的内外两个相界面处产生的电位差（电势差）。膜电位是跨膜电位，即膜电压。膜电位产生的实质原因是离子的交换和扩散，其值为膜内界面电位和膜与外部电解质溶液形成的外界面电位的代数和。

122.离子传感器典型应用（1）工业废水水质监测通过检测工厂排放废水中的离子浓度，确定是否符合环保法规定要求。（2）河水水质监测用于监测河流、湖泊等水体中的离子浓度，评估水质和污染情况，以保证生活饮用水源和水产养殖的水源品质。（3）液体食品和药品自动生产过程品质监测例如：检测液体食品中的酸度、糖度、关键离子浓度等重要指标，以及药品生产过程中的关键离子浓度。这些指标的检测有助于保证产品质量。

133.pH酸度计pH（PotentialofHydrogen，氢离子浓度指数）：指单位体积被测溶液中H+（氢离子）的含量。用于表示溶液的酸碱度。pH计一种用于检测溶液酸碱度的电化学传感器，是离子传感器的