化学传感器和纳米传感器新材料的应用现状
光化学传感器是近年发展起来的一种新型微量和痕量分析技术，它是把特定的化学物质的种类和浓度变成电信号来表示的功能元件。主要是利用光敏感材料与被测物质中的分子、离子或生物物质相互接触时直接或间接地引起电极电势等电信号的变化，使得很少的化学物质加入体系后，会有放大了许多倍的信号被检出，借此可以获得某种化学物质的浓度。根据不同的应用课题，人们可以设计出各种各样的化学传感器。
目前，化学传感器的研究受到了广泛的关注，由于其具有灵敏度非常高，选择性好，携带方便，易微型化，能用于现场分析和监控等特点，因此在矿山开发、石油化工、生物医学及日常生活中越来越多的被用来作为易燃，易爆，有毒，有害气体的检测预报和自动控制装置，或用来测定多种含量极低的物质，甚至可以测量细胞中的离子浓度。医学上采用化学传感器作病情诊断及治疗过程的自动控制。生产和生活各个领域对化学传感器的广泛要求，使得化学传感器的研究和开发一直十分活跃，并表现出非常广阔的应用前景。
1 几种不同的化学传感器
1．1 溶液中基于荧光的传感器
该类化学传感器件的组成一般包括产生荧光的传感件、激励传感件的光源及对传感器荧光作出反应的光电探测器r2]。在典型的设计中，这些体系往往由一个可配合成键的底物和可产生荧光信号的光活性组分组成r3]。发荧光的荧光体，大多数为有机芳族化合物。这类化合物在紫外光区和可见光区的吸收光谱和发射光谱，都是由该化合物分子的价电子重新排列(跃迁)引起的。当分子因吸收光而被激发到电子激发态后，它可能以一系列的不同途径失去本身过剩的能量而返回电子基态，这些途径有：化学传感器和纳米传感器新材料的应用现状射荧光、非辐射衰减(内转换)、光化学反应。这三者中哪个过程的速率常数最大，此过程就占主导地位。要使荧光体发出强的荧光，则发射荧光过程的速率常数要大于另外两者．因此，选择荧光物质往往需要具备大的共轭兀键结构、刚性的平面结构、最低的单线电子激发态s 为兀，兀 型，取代基团为给电子取代基。通过测量荧光化合物荧光强度的下降，可以间接地测量该分析物质。例如，大多数过渡金属离子与具有荧光性质的芳族配位体配合后，往往使配位体的荧光猝灭，从而可间接测定这些金属离子的浓度。猝灭过程实际上是与发光过程相互竞争从而缩短发光分子激发态寿命的过程。猝灭剂和荧光物质分子在基态时发生配合反应，所产生的配合物通常是不发光的，即使配合物在激发态时可能离解而产生发光的中问体，但激发态配合物的离解作用可能较慢，以致激发态配合物经由非辐射的途径衰变到基态的过程更为有效。结果，基态配合物的生成由于与未配合的荧光物质的基态分子竞争吸收激发光(内滤效应)而降低了荧光物质的荧光强度。测定浓度的方法是采用工作曲线法。即取已知量的分析物质，经过与试样溶液一样的处理后，配成系列标准溶液，并测定荧光强度，再以荧光强度对标准溶液浓度绘制工作曲线。然后由所测得的试样溶液的荧光强度对照工作曲线以求出试样浓度。波长 =450nm处，化合物8一双(甲基吡唑基)蒽溶液(--氯甲烷：甲醇=8：2介质)中加入了Ag+，随其浓度的改变，荧光强度的变化曲线，由此可以根据荧光强度测定未知溶液中Ag+浓度 。
1．2 离子选择性电极
基于电信号变化的电化学传感器(离子选择性电极)是分析溶液中离子的活度或浓度的一种常用的分析方法，是过去3O年来发展最迅速的分析技术之一，许多离子电极分析法已被采纳作为标准方法。应用离子电极除了可以直接测定多种离子外，也可以利用间接测量技术，测定许多不能直接测定的组分浓度。具有设备简单、操作方便、测试范围宽等特点，并且分析试液用量少，受其物理状态包括颜色、浊度、体积等因素影响较小，适合于现场测定及连续自动分析测定，也能做到无损分析和原位测量，特别是在有放射性的复杂环境中，可实现远程自
动控制监测。
1．3 膜传感器
膜传感器同样是一种简便、快速的分析方法。它使用方便，维护简便。荧光膜传感器一般是把荧光活性物质或生物酶用适当的溶剂配成凝胶，即传感膜试剂，用铂丝浸入此凝胶，取出后干燥，作为对比电极使用，铂丝表面的敏感膜即为膜传感器。再由标准电极作为参比电极，在一定溶液环境条件下，加入不同浓度待测化合物，记录下响应电流，即得到待测化合物的响应值，进而求得浓度。酶生物传感器可借此反映酶催化活性的变化。构造药物离子选择性膜的通常方法之一是将亲油离子对络合物固定在聚乙烯醇(PVC)膜上，以测定对各种药物的感应作用。Baum_1阳等在20世纪7O年代就成功地制作了乙酰胆碱选择性电极，其电极活性物为四对氯苯硼钾一乙酰胆碱，用邻苯二甲酸二异辛酯(D0P)作增塑剂。氧化锡、氧化锆、氧化铁是用作气体传感器最为广泛的材料[¨ ；贵金属催化剂(如铂，钯)掺杂到这些材料中，可以提高它们的灵敏度和选择性。过去，氧化锡(Ⅳ)基气体传感器最广泛的应用和研究是将氧化锡制成烧结体或厚膜，目前常用溶胶一凝胶浸渍法 ，该化学镀膜方法能够在分子数量级内进行混合和掺杂，制得的薄膜具有良好的稳定性和较强的附着力，选择不同的材料，可以得到对不同气体有选择性的薄膜传感器。
1．4 光纤化学传感器
近年来，各种合成指示剂的出现已使光纤传感器广泛应用于化学分析成为可fll~EB]。以合成指示剂作为识别元件，其应用于光纤传感器必须具备两个重要特征：它能固化于光纤探头的高分子薄膜里；它能与待测溶液中的离子发生选择性的可逆化学反应(如：H++Ind---Hind)，并能产生具有荧光或强的光吸收能力的中间体分子。这样，在一定的激发光源的作用下，中间体分子可随待测物浓度的大小产生相应的光学效应，从而由光纤探头的反射光强度的大小测得待测物的浓度。根据分析目的不同化学传感器可以是复杂多样的也可以是简单的，但它们的主要组成部分仍是光源、单色器、光纤管、光电倍增管及检测数字显示器或记录仪荧光法是一种高灵敏度的分析方法，荧光与激发光可以通过波长加以区别，所以荧光信号特别适用于光纤化学传感器的测定，值得提出的是光纤化学传感器和普通荧光池不一样，它可以在开放的透光场合下进行测定。文献E15-1首先报道最简单的荧光传感器，是利用氰脲酰氯将荧光胺固定于分枝光纤的一端做成了pH为3.00～6.00范围内单一波长处测荧光信号的pH荧光传感器。随后，人们研究双波长测定用于荧光传感器，从而提高测量数据的重现性，基于此基础已研制出对镁(Ⅱ)、铝(Ⅲ)、锌(Ⅱ)、镉(Ⅱ)、钠(I)和钾(I)离子响应的传感器，类似这类报道的还有基于竞争结合测定葡萄糖浓度的荧光传感器；以荧光猝灭为基础的测氧、碘浓度的传感器。荧光光纤传感器具有连续监测，远距离遥测和抗干扰强，灵敏度高等优点，已得到广泛的研究和应用。
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