07化学与生物传感器.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 气体传感器 气体电极主要基于pH电极，并能够检测在含水体系中形成酸或碱溶液的气体。 电极装置中有一个气体可以通过的膜，如右图。膜和氢选择性玻璃电极之间有一内电解质，电解质中含有材料能与气体材料形成缓冲剂，例如对氨电极，使用的是氯化铵，建立如下平衡 高浓度氯化铵的存在能保持铵离子浓度不变，因此，氨浓度的对数直接比例于溶液的pH值.类似的还有二氧化硫、二氧化碳、硫化氢电极. 所以 K＝[NH3][H+]/[NH4+] lg[NH3]=pH+pKa＋lg[NH4+] NH3＋H+ NH4＋ NH4Cl NH4＋＋Cl－ 电位型生物传感器－pH键联 在发生上述反应时pH值有变化，所以pH值测定可以用于监测此反应. 葡萄糖 + O2 + H2O ────→ 葡萄糖酸 + H2 O2 葡萄糖氧化酶 CO(NH2 )2 + H2O ──→ 2NH3 + CO2 尿酶 电化学生物传感器中采用电流型电极为信号转换器的趋势日益增加，这是因为这类电极和电位型电极相比有以下优点： ①电极的输出直接和被测物浓度呈线性关系，不像 电位型电极那样和被测物浓度的对数呈线性关系。 ②电极输出值的读数误差所对应的待测物浓度的相 对误差比电位型电极的小。 ③电极的灵敏度比电位型电极的高。 电流型传感器 伏安测量法 连续测试通过电池的电流。在记录议上描述上测试得到的电流对电位数据图－此方法称为伏安图法。最为直观的技术称作线性－扫描伏安测定法，如左图。 对于可逆电子迁移的情况，峰电流可由下面的公式求得 如果逆反应不发生，峰电流的公式可以修正为 氧电极 有不少酶特别是各种氧化酶在催化底物反应时要用溶解氧为辅助试剂，反应中所消耗的氧量就用氧电极来测定，因此氧电极在生物传感器中用得很广。 目前用得最多的氧电极是电解式的Clark氧电极，Clark氧电极是由铂阴极、Ag/AgCl阳极、KCl电解质和透气膜所构成。 葡萄糖 + O2 + H2O ────→ 葡萄糖酸 + H2 O2 葡萄糖氧化酶 电导测量 电导是电阻的倒数，是量度电流通过溶液的难易程度的物理量。电导和电阻一样与电池的尺寸有关。例如电池长度为l,横截面为A， 则电导L＝κA/l, κ为比电导 为了规范化，对于溶质的质量摩尔浓度得到摩尔电导∧＝ κ/c 电导测量十分简单，直接比例于所在溶液中离子的浓度。左上是电导桥式电路。在传统桥式电路中，电阻R3作为电桥平衡的调节电阻并用一个电池常数将电导转换为电导率。在现代仪器中，这些都已自动化以数字化读数输出的 电导型传感器 尿素 + 2H2O ──→ 2NH4+ + HCO3- 四、光 纤 传 感 器 引 言 光导纤维及其应用是20世纪70年代以来世界科学技术领域最重要的发明之一，它与激光器、光导体、光探测器一起，构成了光电子学的新领域。光导纤维化学传感器和生物传感器是80年代诞生的一种新的传感技术，是分析化学近10多年来的一个重大发展。 光导纤维生物传感器又称光极 美国 fiber optical biosensor 欧洲大陆 optode;英国 optrode for groundbreaking achievements concerning the transmission of light in fibers for optical communication 光导纤维生物传感器的结构 光导纤维的波导作用及其构形 玻璃（包括硅藻凝胶、硅胶、石英和多孔玻璃微球等）、纤维素、琼脂糖、高分子聚合物（包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、尼龙等）离子交换膜、渗析膜、壳质胺、牛血清蛋白等。 厚度在5—200μm之间。近年来具有单分子层结构的人工类脂膜受到很大重视，已用于制备高选择性、快响应的生物传感器。 固定分子识别物质的载体光学透明物质 光纤传感器的识别模式 紫外可见光吸收光谱 荧光光谱 化学发光 光反射－全内反射光谱 光散射 生物催化传感器 最简单的一种是用固定化酯酶或脂肪酶作成生物催化层进行分子识别，