41化学与生物传感5资料.pptx

第第四四章章 光学传感器光学传感器4.1 导论 4.2 光谱法为基础的光学传感器4.3 发光为基础的光学传感器4.4 光纤传感器4.5 表面等离子体共振为基础的光学传感器4.1 导论导论l 光学传感器起源光学传感器起源l 石蕊试纸-现代光化学传感器的雏形 l 烽火台有化学识别功能的酸碱指示剂（这里是石蕊溶液）固定于纤维素上有化学识别功能的酸碱指示剂（这里是石蕊溶液）固定于纤维素上（这里是白纸），它可以将溶液中氢离子浓度的变化表现为光吸收性（这里是白纸），它可以将溶液中氢离子浓度的变化表现为光吸收性质（这里是试纸的颜色）的变化。质（这里是试纸的颜色）的变化。4.1 导论导论l 石蕊试纸-现代光化学传感器的雏形 石蕊地衣石蕊地衣在中性溶液里，分子和酸根离子共存，因而溶液呈紫色，即不变色。（HZ=Z-）遇酸 变红 PH4.5弱酸、中性、弱碱 不变色 4.58.34.1 导论导论是利用敏感层与被测物质相互作用前后物理、化学性质的改变而引起的传播光特性的变化监测物质的一类传感器。l 光学传感器定义光学传感器定义l 光与物质之间的相互作用包括：吸收、色散（折射率变化）、反射（镜面反射、漫反射）、散射（拉曼散射）、荧光淬灭等。l 光测量装置的优点：光测量装置的优点：不需采用不需采用“参考电极参考电极”，但也常常用到参考源；，但也常常用到参考源；不受电子干扰，这种特性在有电磁场干扰的情况下不受电子干扰，这种特性在有电磁场干扰的情况下 尤为重要；尤为重要；固定试剂不需要与任何光导纤维相接触，并且容易固定试剂不需要与任何光导纤维相接触，并且容易 置换；置换；不存在电安全方面的危险；不存在电安全方面的危险；4.1 导论导论l 光测量装置的优点：光测量装置的优点：有些待分析质在光学平衡基础上被敏感，受温度有些待分析质在光学平衡基础上被敏感，受温度 波动等影响小；波动等影响小；稳定性高，尤其在进行双波长测定时；稳定性高，尤其在进行双波长测定时；能设计成多功能传感器，可以对一种以上待分析能设计成多功能传感器，可以对一种以上待分析 物采用多种固定试剂在不同波长处同时作出响应；物采用多种固定试剂在不同波长处同时作出响应；4.1 导论导论l 光测量装置的缺点：光测量装置的缺点：容易受到背景光的干扰；容易受到背景光的干扰；与其他传感器比较，其具有有限的动力学范围与其他传感器比较，其具有有限的动力学范围 （一般（一般102）；）；相对难以小型化；相对难以小型化；在入射光照射下反应试剂的长期稳定性存在问题；在入射光照射下反应试剂的长期稳定性存在问题；响应时间可能会慢一些；响应时间可能会慢一些；4.1 导论导论4.2 光谱法为基础的光谱法为基础的光学传感器光学传感器l 紫外/可见光谱（UV/Vis）l 荧光光谱光与分析物的电子结构之间的相互作用或者待分析物引起敏感材料分子的电子结构扰动。l 有机分子和生物分子电子跃迁的类型有机分子和生物分子电子跃迁的类型4.2.1 紫外紫外/可见吸收光谱为基础的传感器可见吸收光谱为基础的传感器吸收光谱在真空紫外区波长 n22 2、传光原理、传光原理 光由纤芯到包层表面，由光的折射定律可知：图4.11 单芯光导纤维完全内反射的单芯光导纤维完全内反射的图示说明图示说明。4.4 光纤传感器二、光纤传感器的基本原理光纤只作为光的传输回路，只简单地将光从光源传至光采集器。1.非非功能型光纤传感器 光纤传感器通常可分为功能型（传感型）和非功能型（传光型）。这种形式比尔（Beer）定律一般都适用。4.4 光纤传感器二、光纤传感器的基本原理 用单模光纤，既传用单模光纤，既传光又是敏感元件。光又是敏感元件。光纤的传输特性受被测物光纤的传输特性受被测物理量作用而发生变化。理量作用而发生变化。使光纤中传输光的属性使光纤中传输光的属性（相位、强度、波长、偏（相位、强度、波长、偏振态）被调制。光强调制振态）被调制。光强调制型、相位调制型、偏振态型、相位调制型、偏振态调制型和波长调制型。调制型和波长调制型。2.功能型光纤传感器 图4.12 用渐消场检测的光传感器。4.4 光纤传感器4.4 4.4 光纤传感器图4.13 光纤化学传感器探头的类型二、光纤传感器的基本原理4.4 4.4 光纤传感器 气体的测量气体的测量 液体泄露和液位的测量液体泄露和液位的测量 浊度的测量浊度的测量 pH传感器传感器 化学离子的测量化学离子的测量 化合物检测（化合物检测（核酸测定、免疫分析、爆炸物质）核酸测定、免疫分析、爆炸物质）三、光纤传感器的应用4.4 4.4 光纤传感器l 光纤化学传感器的应用光纤化学传感器的应用湘潭大学自然科学学报，1998，4，72吸光型光纤化学传吸光型光纤化学传感器测定锰的研究感器测定锰的研究4.4 4.4 光纤传感器l 光纤化学传感器的应用光纤化学传感器的应用北京大学学报，2001,37(2),226基于溶氧对芘丁酸基于溶氧对芘丁酸荧光淬灭原理来检荧光淬灭原理来检测水中溶解氧测水中溶解氧4.4 4.4 光纤传感器l 光纤化学传感器的应用光纤化学传感器的应用北京大学学报，2001,37(2),226基于溶氧对芘丁酸基于溶氧对芘丁酸荧光淬灭原理来检荧光淬灭原理来检测水中溶解氧测水中溶解氧4.4 4.4 光纤传感器l 光纤化学传感器的应用光纤化学传感器的应用药学学报，2002,37(7),543-547光光纤纤化化学学传传感感器器在在线线监监测测家家兔兔体体内内阿阿霉霉素素血药浓度血药浓度4.4 4.4 光纤传感器l 光纤化学传感器应用光纤化学传感器应用COCO2 2和和pHpH光纤化学传感器研究进展（海洋）光纤化学传感器研究进展（海洋）分析科学学报,2005,21(1),934.4 4.4 光纤传感器l 光纤化学传感器的应用光纤化学传感器的应用高等学校化学学报，1999,20(7),1047一种新的基于折一种新的基于折射率变化的光纤射率变化的光纤化学传感器化学传感器不同浓度乙醇检测不同浓度乙醇检测4.4 4.4 光纤传感器l 光纤化学传感器的应用光纤化学传感器的应用塑料包覆石英（PCS）光纤传感器检漏输油管道泄漏检测方法综述输油管道泄漏检测方法综述管道技术与设备，2000,1,384.4 4.4 光纤传感器l 光纤化学传感器的应用光纤化学传感器的应用Petrosense PHA-100Portable hydrocarbon analyzer for analysis of hydrocarbons in water and vapour光电子技术与信息，1997,10(1),35-364.4 4.4 光纤传感器l 光纤传感器的特点光纤传感器的特点 与光效应偶联的反应类型有很多种，具有普遍的实用意义；与光效应偶联的反应类型有很多种，具有普遍的实用意义；适于制作微型传感器（光纤直接可以到微米级），生物适于制作微型传感器（光纤直接可以到微米级），生物 兼容性好，加之良好的柔韧性和不带电的安全性，使之兼容性好，加之良好的柔韧性和不带电的安全性，使之 尤其适用于生物和临床医学上的实时、在体检测；尤其适用于生物和临床医学上的实时、在体检测；抗干扰、耐腐蚀和高温，反应灵敏、功耗小，适于遥感抗干扰、耐腐蚀和高温，反应灵敏、功耗小，适于遥感 、特殊环境及长期自动监测；、特殊环境及长期自动监测；可采用多波长和时间分辨技术来提高方法的选择性，可可采用多波长和时间分辨技术来提高方法的选择性，可 同时进行多参数或连续多点检测，以获得大量信息。同时进行多参数或连续多点检测，以获得大量信息。1.1.掌握光谱法测试和掌握光谱法测试和掌握光谱法测试和掌握光谱法测试和光纤传感器的基本原理光纤传感器的基本原理光纤传感器的基本原理光纤传感器的基本原理；2.2.熟悉熟悉熟悉熟悉光学传感器的优点；光学传感器的优点；光学传感器的优点；光学传感器的优点；3.3.熟悉化学发光和表面等离子体共振的原理；熟悉化学发光和表面等离子体共振的原理；熟悉化学发光和表面等离子体共振的原理；熟悉化学发光和表面等离子体共振的原理；4.4.了解光学测定法在传感器的应用。了解光学测定法在传感器的应用。了解光学测定法在传感器的应用。了解光学测定法在传感器的应用。本章小结复习与思考题复习与思考题1.光学传感器的优点是什么？光学传感器的优点是什么？2.名词解释：化学发光。名词解释：化学发光。3.光光纤纤传传光光的的基基本本原原理理是是什什么么，光光纤纤传传感感器器有哪些优点？有哪些优点？