化學(xué)傳感器與生物傳感器

物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)系列教材榮獲陜西省高等教育教學(xué)成果二等獎

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用第10章化學(xué)傳感器和生物傳感器點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

化學(xué)傳感器10.1生物傳感器10.2物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

化學(xué)傳感器10.1物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用

化學(xué)傳感器是將各種物質(zhì)的化學(xué)成分定性或定量檢測的傳感器?；瘜W(xué)傳感器能將各種化學(xué)物質(zhì)特性（如離子濃度、氣體成分、空氣濕度等）的變化轉(zhuǎn)換為電信號。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用10.1.1離子敏傳感器

1.離子敏傳感器的概念

離子敏傳感器能檢測出溶液中離子的種類或濃度。2.離子選擇性電極

（1）離子選擇性電極的定義

最簡單的離子敏傳感器是離子選擇性電極，它能測定溶液中離子的活度或濃度。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用（2）離子選擇性電極的結(jié)構(gòu)

參比電極：當(dāng)待測液的組成改變時，其電極電位保持一定的電極。

內(nèi)充溶液：含有與參比電極呈可逆平衡的離子。（3）離子選擇性電極的用途

可以分辨不同離子的存在。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用10.1.2氣敏傳感器

氣敏傳感器是一種檢測特定氣體成分或濃度，并將其轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。1.氣敏傳感器分類

（1）半導(dǎo)體氣敏傳感器

（2）固體電解質(zhì)氣敏傳感器

（3）電化學(xué)式氣敏傳感器

（4）接觸燃燒式氣敏傳感器點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用2.半導(dǎo)體氣敏傳感器（1）半導(dǎo)體氣敏傳感器的類型

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用（2）電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器

電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化制成的。

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映（3）非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器MOS二極管型氣敏傳感器是利用MOS二極管的電容-電壓關(guān)系（C-U特性）制成的。

物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用3.半導(dǎo)體氣敏傳感器的應(yīng)用

（1）有毒氣氣體報(bào)警器

一氧化碳、液化氣、甲烷等都是有毒性氣體，若其濃度超過一定值時，將對人體安全造成危害。

圖10.6中，QM-N10是電阻式氣敏傳感器，它內(nèi)部有一個加熱絲和一對探測電極（A極和K極）。

（2）可燃?xì)怏w濃度檢測器點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用10.1.3濕敏傳感器

濕敏傳感器是一種能將被測環(huán)境的濕度轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。1.濕度的表示方法（1）絕對濕度（2）相對濕度

相對濕度（RH）是指空氣中實(shí)際所含水蒸氣的分壓（P）和相同溫度下飽和水蒸氣分壓（Pmax）的百分比。（3）露點(diǎn)點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用2.濕敏傳感器的基本原理（1）電阻式濕敏傳感器

電阻式濕敏傳感器是利用濕敏電阻隨濕度變化的特性制成的，其感濕特征量為電阻值。

①

電解質(zhì)式（氯化鋰）電阻濕敏傳感器

氯化鋰（LiCl）濕敏電阻是利用吸濕性鹽類潮解，離子導(dǎo)電率發(fā)生變化而制成的測濕元件。②陶瓷式電阻濕敏傳感器

③

高分子式電阻濕敏傳感器點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用（2）電容式濕敏傳感器

電容式濕敏傳感器是利用濕敏元件電容量隨濕度變化的特性制成的，其感濕特征量為電容值。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用3.濕敏傳感器的應(yīng)用（1）直讀式濕度計(jì)

圖10.14中RH為氯化鋰濕度傳感器。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用（2）汽車后窗玻璃自動去濕電路

圖10.15中RH為后窗玻璃上的濕敏傳感器。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用

生物傳感器10.2點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用10.2.1生物傳感器的工作原理

生物傳感器的工作原理如圖10.16所示，在生物功能膜上（或膜中）附著有生物傳感器的敏感物質(zhì)。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用10.2.2酶傳感器

酶傳感器由分子識別功能的固定化酶膜與電化學(xué)裝置兩部分構(gòu)成。大多數(shù)酶是水溶性的，需要通過固定化技術(shù)制成酶膜，才能構(gòu)成酶傳感器的受體。當(dāng)把裝有酶膜的酶傳感器插入試液時，被測物質(zhì)在固定化酶膜上發(fā)生催化化學(xué)反應(yīng)，生成或消耗電極活性物質(zhì)（如O2、NH3等），用電化學(xué)測量裝置（如電極）測定反應(yīng)中電極活性物量的變化，電極就能把被測物質(zhì)的濃度變換成電信號。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用10.2.3葡萄糖傳感器

1967年，S.J.烏普迪克等研制出了第一個生物傳感器——葡萄糖傳感器。測定血液中葡萄糖的濃度對糖尿病患者非常重要?？梢酝ㄟ^測量氧（O2）的消耗量、或過氧化氫（H2O2）的生成量測量葡萄糖的濃度。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用10.2.4微生物傳感器

微生物傳感器是把活著的微生物菌固定在膜面上，作為生物功能元件使用。好氣性微生物的生長過程離不開氧，它吸入氧氣放出二氧化碳，這種微生物的呼吸可用氧電極或二氧化碳電極測定。厭氣性微生物的生長會受到氧的妨礙，可由其生成的二氧化碳或代謝產(chǎn)物測