化學(xué)與生物傳感器

內(nèi)容概要

本書基于編者多年教學(xué)和科研的成果，結(jié)合近年來(lái)化學(xué)與生物傳感器的發(fā)展和應(yīng)用，比較系統(tǒng)地闡述了化學(xué)與生物傳感器的基本原理、構(gòu)造及應(yīng)用。全書共9章，包括緒論、化學(xué)與生物傳感器中的換能器、敏感膜和敏感元件的制備技術(shù)、電化學(xué)傳感器、電化學(xué)生物傳感器、光化學(xué)與生物傳感器、其他化學(xué)與生物傳感器、化學(xué)與生物傳感器的應(yīng)用、化學(xué)與生物傳感器的未來(lái)。本書內(nèi)容豐富，編排新穎，特別適合于教學(xué)和培訓(xùn)使用。本書可供高等學(xué)校化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、生物化學(xué)、環(huán)境化學(xué)以及相關(guān)專業(yè)本科生和研究生使用，還可供化學(xué)化工、生物技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生、藥檢質(zhì)檢、環(huán)境監(jiān)測(cè)等部門的科研人員和分析檢驗(yàn)人員參考。

書籍目錄

前言
主要符號(hào)說(shuō)明
第1章 緒論
 1.1 傳感器和傳感器系統(tǒng)
 1.1.1 傳感器的概念及其系統(tǒng)的組成
 1.1.2 傳感器的作用與功能
 1.1.3 傳感器的種類和名稱
 1.2 分子識(shí)別與傳感器
 1.2.1 分子識(shí)別
 1.2.2感官與傳感器
 1.2.3 生物傳感器的響應(yīng)機(jī)理和構(gòu)造
 1.2.4 化學(xué)與生物傳感器的性能參數(shù)
 1.2.5 化學(xué)與生物傳感器的命名
第2章 化學(xué)與生物傳感器中的換能器
 2.1 電化學(xué)換能器
 2.1.1 電化學(xué)換能器的組成和相關(guān)理論
 2.1.2 電極、參比電極和輔助電極
 2.1.3 固體電極
 2.1.4 修飾電極
 2.1.5 pH電極
 2.2　半導(dǎo)體器件
 2.2.1 導(dǎo)體與半導(dǎo)體
 2.2.2 半導(dǎo)體器件的性質(zhì)
 2.3　光化學(xué)換能器
 2.3.1 光電器件
 2.3.2 光導(dǎo)纖維
 2.3.3 光化學(xué)換能器的類型與原理
 2.4 石英晶振
 2.4.l 壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)
 2.4.2 聲波質(zhì)量換能器及頻變?cè)?br /> 2.5　其他換能器
 2.5.1 熱敏電阻
 2.5.2 場(chǎng)效應(yīng)晶體管
 2.5.3 光電極
第3章 敏感膜和敏感元件的制備技術(shù)
　3.1 敏感元件的構(gòu)成及材料
　3.2 敏感元件的制備方法和性能
 3.2.1 吸附法
 3.2.2　共價(jià)鍵合法
 3.2.3　聚合物包埋法
 3.2.4　交聯(lián)法
 3.2.5 微膠囊法
 3.2.6 夾心法
　3.3　化學(xué)修飾電極
 3.3.1 CME的分類
 3.3.2 CME中基底電極的表面處理
 3.3.3　CME的制備方法
　3.4　溶膠一凝膠技術(shù)
　3.5 光器件的化學(xué)修飾
 3.5.1 化學(xué)修飾玻璃材料
 3.5.2　化學(xué)修飾光纖
第4章 電化學(xué)傳感器
　4.1 半導(dǎo)體氣體傳感器
 4.1.1 半導(dǎo)體氣體傳感器的工作原理
 4.1.2 半導(dǎo)體氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)和主要性能
 4.1.3　燃?xì)鈭?bào)警器
　4.2 電勢(shì)型化學(xué)傳感器
 4.2.1 離子選擇性電極
 4.2.2 場(chǎng)效應(yīng)管電化學(xué)傳感器
 4.2.3 基于化學(xué)修飾電極的電勢(shì)型傳感器
　4.3 電流型化學(xué)傳感器
 4.3.1 電流型氣體傳感器
 4.3.2　過(guò)氧化氫傳感器
 4.3.3　無(wú)酶葡萄糖傳感器
第5章 電化學(xué)生物傳感器
　5.1 電化學(xué)測(cè)試的基本原理
 5.1.1 電流型傳感器的測(cè)量系統(tǒng)
 5.1.2 電流的產(chǎn)生及測(cè)量
 5.1.3 常用的控制電勢(shì)技術(shù)
第6章　光化學(xué)與生物傳感器
第7章　其他化學(xué)與生物傳感器
第8章　化學(xué)與生物傳感器的應(yīng)用
第9章　化學(xué)與生物傳感器的未來(lái)
參考文獻(xiàn)
附錄

章節(jié)摘錄

第1 章　緒　　論1.1　 傳感器和傳感器系統(tǒng)1.1.1　 傳感器的概念及其系統(tǒng)的組成人和動(dòng)物是依靠感官與自然環(huán)境相聯(lián)系的。感官包括眼、鼻、耳、舌和皮膚等，人們通過(guò)這些感官感受自然，即感覺(jué)顏色、氣味、聲音、滋味和冷熱等自然現(xiàn)象。感官不僅使人們感覺(jué)到生活的美好，更重要的是把人同自然和環(huán)境聯(lián)系起來(lái)，使人類通過(guò)感知自然而認(rèn)識(shí)自己所處的環(huán)境。所以，傳感器最早來(lái)自“感覺(jué)”一詞。人們用眼睛看，可以感覺(jué)到物體的形狀、大小和顏色；用耳朵聽(tīng)，可以感覺(jué)到聲音；用鼻子嗅，可以感覺(jué)到氣味；用舌品嘗，可以感覺(jué)到滋味；用手撫摸，可以感覺(jué)到物體的溫度和硬度。這種視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)和觸覺(jué)是人類感覺(jué)外界刺激所必須具備的感官，稱為“五官” ，它們就是天然的傳感器。同人的感官相似，傳感器是指一些能把光、聲、力、溫度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、化學(xué)作用和生物效應(yīng)等非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或轉(zhuǎn)換為具有調(diào)控功能的元器件。它們是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦袑⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分。傳感器是人類通過(guò)儀器探知自然界的觸角，它的作用與人的感官相類似（圖1-1） 。計(jì)算機(jī)相當(dāng)于人的大腦，傳感器就相當(dāng)于人的五官。人的五官如果出了毛病，大腦就不能得出正確的結(jié)論，行為就會(huì)陷入盲目性，由此可見(jiàn)傳感器的重要性。在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)代社會(huì)中，人類已進(jìn)入瞬息萬(wàn)變的信息時(shí)代，人們?cè)趶氖鹿I(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)中，主要依靠對(duì)信息資源的開(kāi)發(fā)、獲取、傳輸和處理。傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)的接口位置，是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，它提供系統(tǒng)賴以進(jìn)行決策和處理所必需的原始數(shù)據(jù)。一切科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)過(guò)程，特別是在自動(dòng)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中要獲取的信息，都要通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為容易傳輸與處理的信號(hào)。如果沒(méi)有傳感器對(duì)原始參數(shù)進(jìn)行精確可靠的測(cè)量，如果傳感器不能靈敏地感受被測(cè)量，或者不能把感受到的被測(cè)量精確地轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其他儀表和裝置的精確度再高也沒(méi)有意義，無(wú)論是信號(hào)轉(zhuǎn)換或信息處理，或者是數(shù)據(jù)的顯示與控制，都將成為一句空話。不難看出，傳感器是自動(dòng)控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)器件，其技術(shù)水平直接影響到自動(dòng)化系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的水平。自動(dòng)化技術(shù)水平越高，測(cè)量環(huán)境越惡劣，對(duì)傳感器技術(shù)的依賴程度就越大。所以傳感器技術(shù)的日新月異必將對(duì)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展、人類生存環(huán)境的監(jiān)控，以及未來(lái)空間的拓展起到舉足輕重的作用。從“傳感器”的字面來(lái)看，傳感器不但要對(duì)被測(cè)量敏感，即“感” ，而且要把它對(duì)被測(cè)量的信息傳送出去，即“傳” 。所以，通常傳感器在不同場(chǎng)合或行業(yè)又稱為變換器、轉(zhuǎn)換器、檢測(cè)器、探測(cè)器（探頭、探針）和敏感元（器）件等。傳感器的英文一般用sen-sor 、transducer 、detector 、probe 、sensing element 等表達(dá)。這些不同的提法反映出在不同的行業(yè)和領(lǐng)域中，它們是根據(jù)各自用途對(duì)同一類型的器件使用不同的技術(shù)術(shù)語(yǔ)。從儀器儀表學(xué)科的角度強(qiáng)調(diào)，它是一種感受信號(hào)的裝置，所以稱為“傳感器” ；從電子學(xué)的角度，則強(qiáng)調(diào)它是能感受信號(hào)的電子元件，稱為“敏感元件” ，如熱敏元件、磁敏元件、光敏元件及氣敏元件等；從環(huán)境監(jiān)測(cè)的角度，則強(qiáng)調(diào)的是對(duì)物質(zhì)成分和濃度的檢測(cè)器，可稱為“檢測(cè)器”或“監(jiān)測(cè)器” ，如一氧化碳?xì)怏w檢測(cè)器、水質(zhì)監(jiān)測(cè)器。這些不同的名稱在大多數(shù)情況下并不矛盾。例如，熱敏電阻既可以稱為“溫度傳感器” ，也可以稱為“熱敏元件” 。但有些情況下，則只能用“傳感器”一詞，如利用壓敏元件并具有質(zhì)量塊、彈簧和阻尼等結(jié)構(gòu)的加速度傳感器很難用“敏感元件”等詞來(lái)稱謂，而只有用“傳感器” 才更為貼切。另外，某些提法在含義上比較狹窄，而傳感器是使用最為廣泛而概括的用詞。作為對(duì)外部環(huán)境及其變化具有某種響應(yīng)的傳感器，無(wú)論其外形、結(jié)構(gòu)、檢測(cè)對(duì)象如何，首先都要有選擇性地“捕捉”或“接受”信息，然后把已感應(yīng)到的信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)而輸出，以滿足信息的傳輸、處理、記錄、顯示和控制等要求。應(yīng)當(dāng)指出，這里所謂的“可用信號(hào)”是指便于處理、傳輸?shù)男盘?hào)，一般為電信號(hào)，如電壓、電流、電阻、電容、頻率等。雖然光導(dǎo)纖維使光信號(hào)的傳輸變得快捷，但信號(hào)的處理、顯示和控制還是電信號(hào)更方便。如今，人們使用著各種各樣的傳感器，電冰箱、微波爐、空調(diào)有溫度傳感器；電視機(jī)有紅外傳感器；錄像機(jī)、攝像機(jī)有濕度傳感器；液化氣灶有氣體傳感器；汽車有速度、壓力、濕度、流量、氧氣等多種傳感器。這些傳感器的共同特點(diǎn)是利用各種物理、化學(xué)、生物效應(yīng)等實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢測(cè)量的測(cè)量?？梢?jiàn)，在傳感器中包含兩個(gè)必不可少的因素，其一是檢測(cè)信號(hào)；其二是能把檢測(cè)的信息變換成一種與被測(cè)量有確定函數(shù)關(guān)系的，而且便于傳輸和處理的量。例如，傳聲器（話筒）就是一種傳感器，它感受聲音的強(qiáng)弱，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。又如，煤氣報(bào)警器根據(jù)敏感元件能感受到氣體濃度的變化，并把它轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。傳感器是以敏感元件為主體，加上輸入、輸出及輔助單元而構(gòu)成的，單獨(dú)的敏感元件未必是實(shí)用的傳感器。對(duì)物理型傳感器而言，一般可由敏感元件單獨(dú)構(gòu)成，即可直接實(shí)現(xiàn)“被測(cè)非電量― 有用電量”的轉(zhuǎn)換；而對(duì)化學(xué)與生物傳感器來(lái)說(shuō)，通常必須通過(guò)前置敏感元件（感受器）預(yù)轉(zhuǎn)換后，再由轉(zhuǎn)換元件（換能器）進(jìn)行二次轉(zhuǎn)換才能完成，即只能間接實(shí)現(xiàn)“被測(cè)非電量― 有用非電量（或非有用電量） ― 有用電量”的轉(zhuǎn)換。此時(shí)，傳感器的構(gòu)成就相對(duì)復(fù)雜，須由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和其他輔助器件等組成。實(shí)際上，傳感器的具體構(gòu)成方法視被測(cè)對(duì)象、轉(zhuǎn)換原理、使用環(huán)境及性能要求等具體情況的不同而有較大差異，但最基本的傳感器構(gòu)成形式可由圖1-2 表示。如圖1-2 所示，傳感器一般由感受器和換能器組成，信號(hào)放大器、數(shù)據(jù)處理和顯示輸出常由附屬或外部設(shè)備承擔(dān)，一般不算作傳感器的必需組成部分。感受器的作用是有選擇性地“捕捉”或“接受”信號(hào)，使自己產(chǎn)生“響應(yīng)” ；換能器的作用則是把特定的“響應(yīng)”按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)而輸出，以滿足下一步信息的傳輸、處理、記錄、顯示和控制等要求。所以，作為敏感器件使用的傳感器主要包括感受器和換能器，但要完成測(cè)量，一般還要有信號(hào)的放大和顯示記錄裝置才能構(gòu)成一個(gè)傳感器系統(tǒng)。很多時(shí)候，傳感器都是由感受器、換能器以及初級(jí)放大部件一起構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立器件并作為測(cè)量控制系統(tǒng)的一部分而工作的。1.1.2　 傳感器的作用與功能1.測(cè)量與數(shù)據(jù)采集這是傳感器最基本的功能，絕大多數(shù)傳感器都能實(shí)現(xiàn)測(cè)量與數(shù)據(jù)采集。例如，科學(xué)研究中的實(shí)驗(yàn)測(cè)量、生態(tài)環(huán)境中的數(shù)據(jù)采集、產(chǎn)品制造中的數(shù)量計(jì)測(cè)以及銷售中所需的計(jì)量統(tǒng)計(jì)等都需要傳感器來(lái)完成。2.監(jiān)測(cè)與控制作用傳感器能檢測(cè)系統(tǒng)中處于某種狀態(tài)的信息，并由此跟蹤和控制系統(tǒng)的狀態(tài)。例如，在企業(yè)的生產(chǎn)線上裝備著各種各樣的檢測(cè)、顯示與控制裝置，以保證產(chǎn)品的正常生產(chǎn)和質(zhì)量。在這些系統(tǒng)中，傳感器首先對(duì)各種設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和工作狀態(tài)，原料、半成品和產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量加以檢測(cè)，顯示在各類顯示器上，提供給操作和監(jiān)控人員進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，或者傳輸指令給各種自動(dòng)控制系統(tǒng)，如配料加料、溫度調(diào)節(jié)、酸度控制、灌注包裝等，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化。高度自動(dòng)化的工廠、設(shè)備、裝置或系統(tǒng)可以說(shuō)是傳感器的大集成。從計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、幾十萬(wàn)千瓦的大型發(fā)電機(jī)組、連續(xù)生產(chǎn)的軋鋼生產(chǎn)線，到無(wú)人駕駛的自動(dòng)化汽車操縱系統(tǒng)，直至宇宙飛船或星際、航海、深海探測(cè)器等，均需配置數(shù)以千計(jì)的傳感器，用以檢測(cè)各種各樣的工況參數(shù)，以達(dá)到運(yùn)行監(jiān)控的目的。3.檢測(cè)與診斷作用傳感器對(duì)所關(guān)心的信號(hào)進(jìn)行采集，然后判斷是否合乎指標(biāo)，能否正確工作。現(xiàn)在使用醫(yī)用傳感器可以對(duì)人體的表面和內(nèi)部溫度、血壓及腔內(nèi)壓力、血液及呼吸流量、腫瘤、血液的分析、脈波及心音、心腦電波等進(jìn)行高準(zhǔn)確度的診斷，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)病患的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與監(jiān)護(hù)。在環(huán)境保護(hù)方面，傳感器可用于對(duì)大氣、水質(zhì)污染的檢測(cè)，以及放射性和噪聲的測(cè)量等。4.觀測(cè)與探測(cè)作用傳感器是科學(xué)研究和工業(yè)技術(shù)的“耳目” 。在基礎(chǔ)科學(xué)和尖端技術(shù)的研究中，大到上千光年的茫茫宇宙，小到10-13 cm 的粒子世界；長(zhǎng)到數(shù)十億年的天體演變，短到10 - 24 s 的瞬間反應(yīng)；高到5 × 104～108　 ℃ 的超高溫或3 × 108 Pa 的超高壓，低到0.01 K的超低溫或10-13 Pa 的超真空；強(qiáng)到25 T 以上的超強(qiáng)磁場(chǎng)，弱到10-11 T 的超弱磁場(chǎng)，要檢測(cè)如此極端巨微的信息，單靠人的感官或一般電子設(shè)備已無(wú)能為力，必須借助配有相應(yīng)高精度的傳感器系統(tǒng)。因此，某些傳感器的發(fā)展是一些邊緣科學(xué)研究和高新技術(shù)開(kāi)發(fā)的先驅(qū)。資源探測(cè)傳感器可用于陸地、海洋、氣象、太空資源以及空間環(huán)境等方面的測(cè)量，如測(cè)定農(nóng)田土地實(shí)際狀態(tài)、作物分布，預(yù)防判斷災(zāi)情，掌握森林資源、海洋資源、漁業(yè)資源等。5.建設(shè)現(xiàn)代生活傳感器在家庭生活中已得到普遍應(yīng)用，各種電子產(chǎn)品的遙控器，監(jiān)測(cè)煤氣泄漏的報(bào)警器，空調(diào)、電熱水器、電冰箱和電飯鍋中使用的溫度傳感器，糖尿病人使用的血糖儀，這些傳感器為家庭生活提供了方便，性能安全可靠且能夠節(jié)省能源。有統(tǒng)計(jì)資料表明，家用電器中所采用的熱敏傳感器占熱敏傳感器總產(chǎn)量的40 % 左右。傳感器在生活、生產(chǎn)和科技領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。日本把傳感器技術(shù)列為20世紀(jì)80 年代十大技術(shù)之首，美國(guó)把傳感器技術(shù)列為20 世紀(jì)90 年代的關(guān)鍵技術(shù)，而我國(guó)有關(guān)傳感器的研究和應(yīng)用方興未艾。1.1.3　 傳感器的種類和名稱對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域、不同行業(yè)的成千上萬(wàn)種傳感器進(jìn)行分類本身就是一門科學(xué)，正確、科學(xué)地分類取決于對(duì)傳感器認(rèn)識(shí)的程度與水平。對(duì)傳感器進(jìn)行分類將有助于從總體上認(rèn)識(shí)和掌握傳感器，并且對(duì)傳感器的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用都具有重要意義。傳感器的種類繁多，一種被測(cè)量可以用不同的傳感器來(lái)測(cè)量，而且傳感器的原理多種多樣，同一原理的傳感器可以應(yīng)用于不同領(lǐng)域。因此，對(duì)傳感器的分類是仁者見(jiàn)仁，智者見(jiàn)智，分類的方法也是多種多樣。對(duì)比人的感官，從理論上傳感器可以按表1-1 來(lái)分類。但實(shí)際上，對(duì)傳感器這樣一個(gè)品種繁多、結(jié)構(gòu)和功能多種多樣的大家庭，至今國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的被普遍接受的分類方法。傳感器可以按被測(cè)量、能源種類、工作機(jī)理（作用原理） 、使用要求、技術(shù)水平等進(jìn)行分類。按被測(cè)量主要有位移、壓力、力、速度、溫度、流量、氣體成分等傳感器；按能量種類分為機(jī)、電、熱、光、聲、磁六種能量傳感器；按工作機(jī)理可分為結(jié)構(gòu)型（空間型）和物性型（材料型）兩大類。結(jié)構(gòu)型傳感器是依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換，從而檢測(cè)出被測(cè)量，這是目前應(yīng)用最多、最普遍的傳感器；物性型傳感器是利用某些材料本身的物性變化來(lái)實(shí)現(xiàn)被測(cè)量的變換，其主要是以半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性體等作為敏感材料的固態(tài)器件。結(jié)構(gòu)型傳感器常采用按能源種類再分類，如機(jī)械式、磁電式、電式等；物性型傳感器主要按其物性效應(yīng)再分類，如壓電式、壓磁式、磁電式、熱電式、光電式、仿生式等。按所使用的材料可以將傳感器分為陶瓷傳感器、半導(dǎo)體傳感器、復(fù)合材料傳感器、金屬材料傳感器、高分子材料傳感器等；按技術(shù)水平傳感器又可分為普通型和先進(jìn)型兩大類。1.物理傳感器物理傳感器（physical sensors）是利用某些變換元件的物理性質(zhì)或某些功能材料的特殊性能制成的傳感器。它是利用某些物理效應(yīng)，把被測(cè)的物理量轉(zhuǎn)化為便于處理的能量形式信號(hào)的裝置，其輸出的信號(hào)和輸入的信號(hào)有確定的關(guān)系。主要的物理傳感器有光電式傳感器、壓電式傳感器、壓阻式傳感器、電磁式傳感器、熱電式傳感器、光導(dǎo)纖維傳感器等。物理傳感器一般是直接利用物理型元器件的性質(zhì)制備的，如光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)、熱敏效應(yīng)、壓敏效應(yīng)、熱敏效應(yīng)等。目前，人們的工業(yè)生產(chǎn)和日常生活都離不開(kāi)物理傳感器，它在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中也逐漸發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。例如，以前的海嘯報(bào)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)是地震檢波儀，當(dāng)檢測(cè)到海底出現(xiàn)大的、淺的地震時(shí)，就可能出現(xiàn)海嘯。但是這個(gè)方法并不是很準(zhǔn)確，常會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤的警告，因?yàn)椴⒉皇敲看蔚卣鸲紩?huì)引起海嘯。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，海嘯報(bào)警裝置被換成了安放在海底的壓力傳感器，這些傳感器可以檢測(cè)到在其上路過(guò)的輕微的海嘯。日本和美國(guó)都相繼在其海岸線下沿著電纜線放置了一系列海底壓力傳感器，當(dāng)這些傳感器檢測(cè)到海嘯時(shí)，安放在旁邊的浮標(biāo)就通過(guò)衛(wèi)星將信號(hào)傳到海岸上，使人們及時(shí)得到預(yù)警，避免可能發(fā)生的危險(xiǎn)。另外，物理傳感器不僅本身是物理傳感器家族的重要成員，化學(xué)和生物傳感器的基體往往是物理傳感器或與物理傳感器相關(guān)的元件，靈活運(yùn)用物理傳感器必然能夠創(chuàng)造出更多的產(chǎn)品，產(chǎn)生更好的效益，因此物理傳感器也是其他類型傳感器發(fā)展的基礎(chǔ)。2.化學(xué)與生物傳感器化學(xué)傳感器（chemical sensors）是能夠?qū)⒏鞣N化學(xué)物質(zhì)（電解質(zhì)、化合物、分子、離子等）在自然環(huán)境中的存在形式定性和定量地轉(zhuǎn)換成有用信號(hào)而輸出的裝置。它一般由感受器（receptor）與換能器（transducer）組成，感受器具有化學(xué)敏感層的分子識(shí)別結(jié)構(gòu)，換能器是可以進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換的物理傳感裝置。待測(cè)物質(zhì)經(jīng)具有分子識(shí)別功能的感受器識(shí)別后，所產(chǎn)生的化學(xué)信號(hào)由換能器轉(zhuǎn)化為與分析物特性有關(guān)的電信號(hào)或者光信號(hào)輸出，再經(jīng)由電子線路，通過(guò)儀表進(jìn)行信號(hào)的再加工，構(gòu)成分析裝置和系統(tǒng)。因而，化學(xué)傳感器是應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的各種信息及其變化（如光效應(yīng)、熱效應(yīng)、場(chǎng)效應(yīng)和質(zhì)量變化等）而設(shè)計(jì)的各種精密而靈敏的檢測(cè)裝置，其工作原理如圖1-3 所示。在科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)等很多領(lǐng)域，化學(xué)量的檢測(cè)與控制技術(shù)正在得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，而化學(xué)傳感器是這個(gè)過(guò)程的首要環(huán)節(jié)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新原理、新材料的不斷發(fā)現(xiàn)，以及加工工藝的不斷發(fā)展和完善，化學(xué)量傳感器的發(fā)展也異常迅速，品種越來(lái)越多，涉及的學(xué)科也越來(lái)越多，這就使得化學(xué)傳感器成為一個(gè)多學(xué)科交叉、綜合性很強(qiáng)的技術(shù)學(xué)科，同時(shí)是一門實(shí)用性很強(qiáng)的技術(shù)科學(xué)。生物傳感器（biosensors）是一種特殊的化學(xué)傳感器，它以生物活性單元（如酶、抗體、核酸、細(xì)胞等）作為敏感基元，能對(duì)被測(cè)物進(jìn)行高選擇性地識(shí)別，通過(guò)各種理化換能器捕捉目標(biāo)物與敏感基元之間的作用，然后將作用的程度用離散或連續(xù)的信號(hào)表達(dá)出來(lái)，從而得出被測(cè)物的種類和含量。生物傳感器具有選擇性高，響應(yīng)速度較快，操作簡(jiǎn)

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　　闡述化學(xué)與生物傳感的基本原理，敘述幾種典型的換能器　　介紹化學(xué)與生物敏感器件的制作方法和技術(shù)，以及各種化學(xué)與生物傳感器的原理、構(gòu)造和應(yīng)用　　適用于化學(xué)、化工及相關(guān)專業(yè)本科生及研究生教學(xué)

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