光化学比色传感器阵列的研究进展-分析化学.PDFVIP

第41卷 分析化学 (FENXI HUAXUE)摇 评述与进展 第5期 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 2013年5月 ChineseJournal of Analytical Chemistry 795~802 DOI:10.3724/ SP.J.1096.2013.21011 光化学比色传感器阵列的研究进展 贾明艳摇 冯 亮* (中国科学院大连化学物理研究所,分离分析化学重点实验室,大连 116023) 摘摇 要摇 光化学比色传感器阵列以其价格低廉、方法简单、响应快速、信息量大等优点,得到了日益广泛的应 用。 本文主要介绍了光化学比色传感器阵列的研究进展,概括了近年来其在气体、生物样品、离子和小分子, 以及混合物检测方面的应用,针对其不同原理及性能展开了讨论,并展望了其研究和应用前景。 关键词摇 光化学;比色;传感器;阵列;评述 1摇 引摇 言 化学传感器是一种能够通过某物理或化学反应以选择性方式对特定分析目标物产生响应,从而进 [1] 行定性或定量测定的装置 。 化学传感器通常由识别元件和换能器两部分构成。 识别元件与待分析 物相互作用,其物理、化学性质发生变化;换能器将这些参数转化和放大,生成与待分析物特性有关的可 [2] 定性或定量处理的电信号或者光信号(颜色、发光等) 。 目前,化学传感器已成为化学分析和检测的 重要手段。 传统的化学传感器根据“锁钥模式冶进行设计,选择性好,对某些物质的检测非常有效,然而 其设计也存在一定的缺陷,如对于生物大分子和结构不明确的待分析物的传感器设计存在困难,同时, [3] 针对复杂混合物中的每种成分均设计具有专一选择性的特定传感单元显得费时且不切实际 。 阵列 式传感器的设计模仿哺乳动物嗅觉和味觉系统,利用多个传感器单元组成阵列,通过传感器阵列与分析 物之间的交叉响应,可以实现对多种物质及复杂混合物进行响应和检测。 传感器阵列中的传感单元对 分析物不必具有高度的选择性,某些传感单元对特定分析物有一定程度的选择性,同时对其它分析物也 有响应,即每个传感单元对不同的组分具有不同的响应能力;利用传感器阵列对各种分析物整体响应之 间的差别,实现对待分析物的区分。 在光学、电化学、色谱等诸多的检测手段中,光化学显色方法无疑是 最便捷有效的度量手段。 结合光化学比色方法,光化学比色传感器阵列以其价格低廉、方法简单、响应 快速、信息量大等优点,得到了日益广泛的应用。 本文综述了近年来光化学比色传感器阵列在气体、生 物样品、离子和小分子,以及混合物检测方面的应用,对它的原理和性能进行了讨论,并对其研究和应 用前景进行了展望。 2摇 光化学比色传感器阵列的基本原理 光化学比色传感器阵列是利用传感器单元的光学性质(吸收或发射)改变作为输出信号,实现对待 分析物的检测。 通常采用光谱或成像两种方式对光化学比色传感器阵列中所有传感单元的光学信号进 行同时采集。 如图1所示,采用紫外/ 可见分光光度计采集光谱时,通常要配备流通池和液体控制装置, 该方式根据紫外/ 可见光谱的迁移或吸收强度的变化,实现对待分析物的检测和区分;换用平板扫描仪 成像后,比色传感单元颜色的改变经过去卷积,灰度值经平均化和积分处理后,其结果更直观和便于定 量化。 加入不同的待分析物后,多个传感单元的颜色变化组合成具有各自独特模式的阵列,称之为待分 析物特有的“指纹图谱冶,从而实现对不同物质的鉴别和区分。 光谱技术由于可以获得完整的光谱,包 含信息量大而具有很大优势,但需要比较复杂的仪器设备,对每个传感单元数据的采集也需要一定时 [2]