电化学传感器的研究和进展(1)_社会万象_光明网

电化学传感器的研究与开发 45 电化学传感器的研究与开发 郭萌，姚素伟'，张卫国．张颖（天津大学化工学院应用化学系, 30007２） ［摘要］ 目前，电化学传感器在汽车工业、环保、生物技术等诸多领域发挥着越来越重要的作用。根据针对电化学传感器检测的物质的不同，电化学传感器主要可分为离子传感器、气体传感器和生物传感器等。 . 随着科学技术的发展和科学研究的深入，人们对传感器的需求将不断增加，对传感器性能的要求也将不断提高。使用大量新技术的新一代传感器将很快进入市场。本文介绍了几种不同电化学传感器的原理、应用和最新进展。[关键词] 电化学传感器、离子传感器、气体传感器、生物传感器

1 哪个比领导的表现更好。geq 珊瑚土我抱怨 0f 传感器设备。这个阿尼克。give8 overview0f p 订单 noiples，应用肌肉 drecent adv 卸载 ces 几个不同的电子咖啡化学传感器8。关键词8；电化学传感器。;离子传感器。;加布森索。; 生物传感器 1 前言 2 电化学传感器的原理及分类 人们通过视觉、味觉、触觉、嗅觉、听觉等五种感官感知周围环境的现象和变化，从而不断了解自然，了解世界，然后去发展科学，开发资源，改造世界，造福人类。传感技术就是要实现五感的人工化。根据仿生技术，可以实现人工五感。目前常用的传感器分为物理传感器和化学传感器。其中，化学传感器检测化学物质，在大多数情况下，测量物质的分子变化，特别是需要对特定分子进行选择性反应，并将其转化为各种信息来表示。这就要求传感器的材料必须具有识别分子的功能。化学传感器技术的发展极大地丰富了分析化学和仪器分析，形成了一个独立的学科领域。尤其需要对特定分子的选择性反应并将其转化为各种信息来表达。这就要求传感器的材料必须具有识别分子的功能。化学传感器技术的发展极大地丰富了分析化学和仪器分析，形成了一个独立的学科领域。尤其需要对特定分子的选择性反应并将其转化为各种信息来表达。这就要求传感器的材料必须具有识别分子的功能。化学传感器技术的发展极大地丰富了分析化学和仪器分析，形成了一个独立的学科领域。

电流型传感器是直接氧化被测物质，同时保持电极与电解液界面处于恒定电位。还原，利用流过外部电路的电流作为传感器的输出，从而实现对被测物质的检测；电导率传感器利用被测物质氧化或还原后电解质溶液的电导变化作为传感器的输出，从而实现被测物质。根据电化学传感器检测物质的不同，电化学传感器主要可分为离子传感器、气体传感器和生物传感器。，研究最多的是离子传感器，而最早研究最多的离子传感器是pH传感器.... 离子传感器也称为离子选择性电极，它对特定离子做出响应，将离子活度转化为电势，遵循“能恩斯特殊公式”。离子选择电极结构的主要部分是离子选择膜和内部传导系统。

离子选择膜是离子选择电极中最重要的部分，它决定了电极的性能。不同的离子选择电极具有不同的离子选择膜，它们的作用是将溶液中特定的离子活度转化为电位信号——膜电位。膜电位随着被测离子的活性而变化，因此可以通过离子选择性膜的膜电位来测量离子的活性。内引系统一般包括内参溶液和内参电极，其作用是引出膜电位。离子选择电极和参比电极同时连接电位器，可以测量各种离子的浓度。这种测量方法称为离子电极法。目前已生产出数十种离子选择电极。这在微量物质的测定和生物样品的分析中起到了很大的作用，而且这种分析技术也成为电化学分析的一门独立的分支科学。目前，离子选择电极广泛应用于环境监测，其优点在于测量对象范围广、设备简单、灵敏度高、样品不需要复杂的预处理。2.2 气敏元件行业的发展，导致每年有大量废气排放到大气中。这些有害气体的排放对自然环境和生态平衡造成了严重破坏，如酸雨、温室效应、和臭氧层破坏。同时，在工业生产中，有毒可燃原料气体的泄漏，会引发火灾、爆炸、人员中毒等事故，对生产安全构成巨大隐患。” 1、近年来，随着人们环保意识的增强和各国对有毒易燃材料意识的增强，对气体排放和污染物排放的严格立法，各种气体监测预警装置的应用越来越广泛，因此气体传感器的研究也成为了热点”1。这是安全生产的巨大隐患。” 1、近年来，随着人们环保意识的增强和各国对有毒易燃材料意识的增强，对气体排放和污染物排放的严格立法，各种气体监测预警装置的应用越来越广泛，因此气体传感器的研究也成为了热点”1。这是安全生产的巨大隐患。” 1、近年来，随着人们环保意识的增强和各国对有毒易燃材料意识的增强，对气体排放和污染物排放的严格立法世界电化学发展史，各种气体监测预警装置的应用越来越广泛，因此气体传感器的研究也成为了热点”1。

目前在世界范围内，气体传感器市场正处于快速扩张的状态。近期相关调查显示，西欧年市场销售额达2亿美元，美国为2亿美元，世界其他地区为600万美元。其中，电化学气体传感器以其体积小、检测速度快、准确、便携、现场直接检测和连续检测等独特优势越来越受到人们的关注。因此，电化学传感器自 1970 年代以来一直占据着气体传感器市场的主导地位，至今仍占整个市场的四分之一。电化学气体传感器包括半导体气体传感器、接触式燃烧气体传感器和固体电解质气体传感器。在半导体气体传感器领域，人们早就发现，半导体金属氧化物的电学特性对气体环境极为敏感。金属氧化物陶瓷气体传感器于1962年在日本推出，并于1968年实现商品化。最早用于气体传感器的金属氧化物半导体材料主要有snO:、zn0和Fe:O。近年来人们一直采用物理和化学方法修改和掺杂它们，制造这些材料。气体传感器的灵敏度、选择性和稳定性不断提高”……氧化物半导体传感器是目前所有气体传感器中产量最大的传感器，其研究、开发和应用取得了长足的进步，其中日本在这领域一直处于领先地位，产业化已形成规模。

半导体气体传感器分为电阻型和非电阻型。电阻式半导体气体传感器主要是指半导体金属氧化物陶瓷气体传感器，除传统的snO外，其电阻随气体含量而变化。、zn0和Fe:o，除了三大类外，现在还研发了一批新材料。MOS二极管型、结型双管型和场效应管型气体传感器是非电阻型半导体气体传感器，其电流或电压随气体含量而变化，主要检测氢气和硅烷气体等可燃气体，主要优点是高灵敏度，但生产过程比较复杂，成本较高”…… 接触燃烧式气体传感器接触燃烧式气体传感器可分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式”…… 其工作原理是可燃气体在检测元件（如Pt电热丝通电时）表面产生无焰燃烧，检测元件因燃烧升温，使其电阻值发生变化。利用接触式燃烧传感器的这一原理，可以检测出各种可燃气体在其爆炸下限内的浓度，实现对可燃气体危险浓度的早期预测。” 目前，美国和日本在这一领域处于领先地位。在日本，进行Hz、u、CH的检测。并且有机溶剂蒸气接触燃烧式气体传感器已实现规模化生产，具有良好的实用效果和可靠性。固体电解质气体传感器固体电解质气体传感器是一种输出仅次于金属氧化物半导体气体传感器的气体传感器。各种结构的电化学电池都是由离子电导率具有绝对优势的固体电解质制成的。固体电解质气体传感器对一些常见气体如0:、coO、coO:、Nox、sox等​​的检测具有较高的灵敏度和选择性。各种结构的电化学电池都是由离子电导率具有绝对优势的固体电解质制成的。固体电解质气体传感器对一些常见气体如0:、coO、coO:、Nox、sox等​​的检测具有较高的灵敏度和选择性。各种结构的电化学电池都是由离子电导率具有绝对优势的固体电解质制成的。固体电解质气体传感器对一些常见气体如0:、coO、coO:、Nox、sox等​​的检测具有较高的灵敏度和选择性。

最早研究的固体电解质气体传感器是以具有氧离子电导率的zr02系列固体电解质为工作介质的浓差电池氧传感器。控制和其他字段“6.7'”]。最近研究了基于质子导体 N-ON 膜的全固态 CO 传感器并取得了良好的效果”…… 在CO传感器的研究中，Na+离子导体NAsI。CON 材料已经取代了早期的 K:co、固体电解质和极性电极。大大提高了传感器性能'21'”。最近，全固态的DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理和化学换能器的有机结合。生物传感器的最初想法是由Clark和Clark提出的。 Bons于1962年。目前，生物传感器在美国、欧洲和日本广泛使用。市场广阔，

生物传感器技术基于固定化细胞和固定化酶。它利用生物分子识别被测目标，然后将生物分子发生的物理或化学变化转化为相应的电信号放大输出。，从而得到检测结果“”。生物传感器主要包括微生物传感器、酶传感器、免疫传感器等。”……1970年代微生物传感器固定化技术的发展推动了微生物传感器技术的兴起。微生物传感器主要由固定化的微生物细胞和灵敏的传感器组成。联系组成。常用的微生物包括细菌和酵母。微生物细胞的固定化主要包括吸附、包埋等物理方法和共价键合的化学方法；能量转换装置大多使用电化学电极 29"'3"。传感器的原理主要是利用微生物的呼吸活动或代谢物来跟踪其活动状态。微生物在呼吸过程中消耗氧气并产生二氧化碳，因此将固定化的微生物膜与氧电极或二氧化碳电极结合可以测量呼吸活动。微生物传感器；微生物同化有机物后，可生成H２、CO2、NH3和有机酸电化学活性代谢物。这些代谢物含有能对电极产生反应或反应的物质，所以固定化的微生物是膜和燃料电池型电极，离子选择性电极或气体电极可以组合在一起形成电极活性测量型微生物传输微生物电极。应用范围很广，种类已达到六、70种，已应用于食品和发酵工业、环境监测等领域，应用最广的是生化氧的测量消耗量（BOD）微生物传感器”……

并且在 1970 年代酶传感器达到了实用阶段“5'”l。我国对酶传感器的研究取得了很大进展，主要在防止电子介体和酶的损失、改进固定化酶活性技术、扩大载体选择范围和各种高新技术在酶传感器中的应用等方面取得了很大进展。 “免疫传感器等免疫传感器是近十年来发展起来的一种新型生物传感器。它们是结合免疫反应和电分析方法的电化学免疫测定”…… 由于抗原和抗体的特异性反应，免疫传感器比其他生物和化学传感器具有更高的特异性和选择性”…… 抗原-抗体结合前后会导致重量、光学、热、电化学等信号，虽然对光学分析的研究比较活跃，但由于电化学分析可以实现活体检测，不受样品颜色和浊度的影响（即样品可以不经过处理，不需要分开），所需的设备也比较简单。因此，具有广阔的发展前景。

根据检测信号的不同，电化学免疫传感器可分为电位型、电流型、电导型和电容型”。与一般的免疫检测方法和其他传感器相比，免疫传感器具有许多优点。它们不仅可以推动传统免疫检测方法的发展，而且影响临床和环境监测领域的实际研究，因此具有应用前景和发展前景。潜在的””。目前，免疫传感器已在国外用于各种物质的测定，在国内也已将其应用扩展到一些新领域。” 3 电化学传感器的发展趋势随着科学技术的发展和科学研究的深入，人们 对传感器的需求会不断增加，对传感器的性能要求也会不断提高世界电化学发展史，因此需要开发大量新型传感器来满足不同领域的需求。微型传感器（尺寸从几微米到几毫米不等的传感器共2（x）4年在全国电子电镀学术研讨会论文集），特别是基于MEMS（微机电系统）技术的传感器已逐步投入使用付诸实践。是未来发展的重点之一。预计21世纪初，MEMS器件的年销售额将增长20%~30%。目前生物和医学研究迫切需要的新型传感器不仅需要测量各种生物质，例如：酶、免疫、微生物、细胞、DNA、RNA、蛋白质、气味、味道和体液成分；还需要血气、血压、血流量、脉搏等生理量传感器的出现和实用化；进一步实现这些功能的集成化和小型化，研制出“Lab-chip”微量分析芯片，使许多不连续的分析过程连续自动化，完成实时、原位分析，实现高效、快速、和低消耗。以样品、低成本、无污染、大批量生产为目标。进一步实现这些功能的集成化和小型化，研制出“Lab-chip”微量分析芯片，使许多不连续的分析过程连续自动化，完成实时、原位分析，实现高效、快速、和低消耗。以样品、低成本、无污染、大批量生产为目标。进一步实现这些功能的集成化和小型化，研制出“Lab-chip”微量分析芯片，使许多不连续的分析过程连续自动化，完成实时、原位分析，实现高效、快速、和低消耗。以样品、低成本、无污染、大批量生产为目标。

新型环保化学传感器 目前，许多用于水质检测和大气检测的传感器尚未投入实际使用。因此，鉴于环境保护的迫切需要，新型环保化学传感器的研发必将成为未来研究的重点。工业过程控制与汽车传感器 我国工业过程控制技术水平还很低，汽车工业也在快速发展。为适应这种情况，重点研发新型压力、温度、流量、位移等传感器，尽快解决汽车行业的电子燃油喷射系统。, 自动驾驶系统所需的空调排污系统和传感器都是非常紧迫的任务。结论随着电子学、微型化技术和材料科学的发展和综合应用，电化学传感器技术在过去十年中得到了快速发展。例如，在传感器设计中使用前置过滤器可以提高气体传感器的选择性；聚合物改性的汞薄膜电极可以消除微观金属分析中的外部干扰；新型传感器材料，如聚合物电解质膜、硫属化物玻璃、丝网印刷电极、纳米线、自组装薄膜和金属氧化物的制造技术正在不断开发中，以提高传感器性能；此外，最近研究了可以准确预测使用中传感器寿命的技术。可以预见，拥有大量新技术的新一代传感器将很快进入市场。参考文献 [1] 王华政，电化学传感器[J]，测量技术，1990 (２）26-29,36 [2] 易慧中，离子传感器敏感材料[J]，仪器材料，1990 21 (< @２）111-117 [3]刘静，离子选择电极研究综述[J]，陕西师范大学继续教育学报，2002年19期（４）107-108 [4]陈长青，胡Ming et al., Development of Gas Sensing Sensors [J], Materials Review, 2003 17 (１）33-35 [5] Li Ping, Yu Ping, Recent Prospects of Gas Sensing Sensors [J], Functional Materials, 1999 30 (２）126-128.132 Ri89el, HNn, H.

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