水质检测传感器研究的新进展

2014-04-18 13:16:26 来源: 浏览:

    水质检测传感器主要由两部分组成,包括感应检测传感头和信号调理电路两部分。传感头是水质检测传感器的关键部位,传感头主要是依据各种不同物质的物理、化学和生物特性制成。信号调理电路主要是用来对感应检测部分产生的信号进行去噪、放大和可视化处理。水质检测传感器按照应用学科分类可以分为三大类:化学水质检测传感器、生物学水质检测传感器和物理学水质检测传感器,而物理学又可以分为生物水质检测传感器和谐振式水质检测传感器。


1化学水质检测传感器


    化学传感器包括电极式和离子敏场效应管传感器2种。电极传感器主要是通过水中特定离子或分子与电极表面物质发生电化学反应,从而引起检测电路中产生变化的电压或电流,通过检测电路中电压或电流变化值的大小来反映水体中特定指标。而离子敏场效应管传感器是将具有特定性质的敏感膜替换MOSFET的栅极,这种敏感膜只对某种特定离子具有选择特性,使FET的漏源电流变化与所检测的离子浓度相对应,从而达到对特定离子指标的检测。


    Chen D Y等人研制了一种智能场效应管传感器,可用于对水质pH值的检测,此传感器采用了温度和漂移补偿技术。Barnard A H等人:利用杂多蓝作为反应物研制成了一种对磷酸盐进行检测的化学传感器,这种传感器具有很好的稳定度,不会因为水的pH、温度和盐度等变化而受到影响。Zhuiykov S在2010年研制成了一种用于检测水中pH值和溶氧量的陶瓷电化学传感器,其采用亚微米氧化物作为电极感应材料,此传感器具有体积小、精度高和成本低的特点。Zhuiykov S等人通过在RuO电极中掺杂CuO研制成了一种电化学传感器,此传感器可用于对水中溶氧量(DO)的检测,其具有很好的稳定性。随后Zhuiykov S等人研制了一种用于DO检测的电位固态水质检测传感器,其采用了一种亚微米材料作为感应电极,此传感器克服了基于半导体水质检测传感器选择性不足的问题。Jung W等人u研制了一种用可重复利用聚合物和银作为电极材料的电化学水质检测传感器,此传感器采用方波阳极溶出伏安法可对水中大多数金属离子进行检测,尤其是铅离子的检}贝4,其具有连续和实时检测能力。Winquist F等人研制了一种伏安电极探头传感器,此传感器可用于对水中NaHSO3。,NaOC1和悬浮酵母等的检测,其具有可对多项水质参数进行检测的特点。电极传感器结构简单、灵敏度好,但是长期使用后会出现特性漂移现象。离子敏场效应管体积小、响应快、易于集成,但是检测指标单一、工艺复杂、成本高,不适于工业生产。

 

2生物水质检测传感器


    生物水质检测传感器是利用酶、抗体、细胞器和微生物等固化生物催化剂作为识别元件与化学物质之间产生生物化学反应,依靠电化学器件有选择地测定所生成的或被消耗的化学物质,并将测定结果变换为电信号的一种仪器。李建平等人利用除草剂对植物类囊体束缚酶分解过氧化氢的作用,研制了一种快速检测痕量除草剂的生物水质检测传感器。OrricoCM等人基于生物体发光原理研制了一种新型生物传感器,这种传感器可用于对叶绿素荧光、浑浊度、温度和盐度等的测试。EltzovE等人研制成了一种细菌生物传感器,他们把recA和gripE细菌固定在光纤中,通过它们与有毒化合物的反应从而对水中的有毒化合物进行检测,其具有很好的实时性。生物学水质检测传感器中的生物识别元件在制备、储存、使用寿命、稳定性等方面均存在很多问题,从而使得生物学水质检测传感器的推广应用存在很大的困难。


3物理学水质检测传感器


    (1)光学水质检测传感器


    根据不同原理可以制成各种不同的光学水质检测传感器。其中一种光学水质检测传感器是通过检测光波长的变化来对水体中的各种指标进行检测,其主要利用喇曼光谱法,当光投射到特定材料上时会发生喇曼散射,喇曼散射会导致光波长的变化,不同被检分子对应着不同波长的变化,由此可实现对水中各指标的检测。另外一种光学水质检测传感器即光导纤维传感器,这种传感器主要是利用合成指示剂对水体中的污染物进行检测。合成指示剂在一定的激发光源的作用下中问体分子会随待测物浓度的变化产生相应的光学效应,从而由光纤探头的反射强度测得待测物浓度。

 

    Garcia A等人利用光纤研制成了一种用于水浑浊度检测的传感器,此传感器具有低成本、高精度和体积小等特点。刘畅等人通过同时测量90。散射光信号和透射光信号发光光度之比的方法设计了一种光学水质检测传感器,其可用于对水质浊度的测量,此仪器消除了因光源老化的影响,提高了测量的准确度。Omar A F等人研制了一种基于透射和90。A型散射技术的光纤传感器,这种传感器通过对频谱的分析从而检测出水中的总悬浮物,此传感器具有很好的线性相关特性和低的标准误差。Dong S等人口基于渐逝波吸收法研制成了一种宽量程光纤传感器,用于水质pH值的检测,其具有很好的线性、可逆性和可重复性。Ba等人研制了一种基于Tin。气溶胶和金离子多孔纳米结构材料的增强型表面拉曼光谱(SERS)传感器,其可用于对水中硫代乙酰胺、结晶紫等的检测。Jin C等人研制了一种生物过滤传感器,利用黑麦草作为过滤膜,通过对近红外光谱的分析对水中的化学需氧量进行检测。Yu Z等人基于荧光淬灭原理研制成了一种光氧传感器,此传感器可用于对水中的DO进行检测。Liu X L等人研究了一种基于半导体光波长传感器,通过比色法其可用于色度和浊度的检测,此传感器具有很好的灵敏度和精度。

 

    光学水质检测传感器灵敏度高、检测速度快,但是光电转换设备比较庞大,难以制成便携式设备,并且使用荧光法时,容易受溶液浑浊度的影响。


    (2)谐振式水质检测传感器


    谐振水质检测传感器主要基于晶体压电特性及其谐振原理,其主要以产生剪切波的传感器为主。其原理是谐振器件共振频率的大小与器件表面吸附的被测物质量相对应,而在不同被测水体中,吸附在器件表面的质量不同,用频率的迁移反映被测物浓度,依此可对不同水质进行检测评估。

 

    早在20世纪80年代,姚守拙等人0就已经对压电石英晶体在水溶液中的各种特性和对水溶液中物质的检测进行了大量的研究工作。并通过利用金膜压电石英晶体谐振传感器采用点解富集法对废水中的微量汞进行了检测。Menon A等人副通过在石英电极表面涂上一层丙烯酸乙酯、环氧氯丙烷和甲基丙烯酸十八烷基制成了一种谐振水质检测传感器,其可用于在线检测水中的甲醇、四氯乙烷、四氯乙烯、三氯乙烯(TCE)、甲苯、四氯化碳、氯仿。朱德荣等人以压电石英晶体作为电极研制成了一种谐振传感器,其可对水中的氰化物进行检测。


    Fung Y S等人驯采用流动注射分析法研制成了一种可用于水溶液中硫酸盐浓度检测的压电石英晶体谐振传感器,此传感器通过电导率与频移的对应关系来反映水溶液中硫酸盐的浓度,此传感器具有简便、灵敏、快速、重现性好的特点。谐振式水质检测传感器具有检测迅速、性能稳定、灵敏度高、低成本和不易受温度、压力等变化影响等特点。该传感器最突出的特点在于,它不需使用任何生化膜修饰,单纯依靠物理性质可对不同溶液进行区分,且适于批量生产,因此,其具有巨大的发展潜力。

 



本文内容为食品安全快速检测网(www.china12315.com.cn)原创,未经本网书面许可,任何人不得引用、复制、转载、摘编或以其他任何方式非法使用本网站的上述内容。
本网欢迎热爱原创、关注食品安全及食品安全快速检测的广大网友投稿。投稿信箱:zlk@zhiyunda.com