光化学比色传感器阵列的研究进展

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1、万方数据第4l卷2013年5月分析化学(FENXIHUAXUE)评述与进展ChineseJournMofAnMyticalChemistry第5期795—802DOI：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)摘要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

2、不同原理及性能展开了讨论，并展望了其研究和应用前景。关键词光化学；比色；传感器；阵列；评述1引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，从而进行定性或定量测定的装置¨j。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定性或定量处理的电信号或者光信号(颜色、发光等)拉J。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”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

3、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，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”j。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、

4、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

5、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。加人不同的待分析物后，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”，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间。与光谱技术相比，成像技术具有在

6、给定视野范围内能够检测多个传感器单元的优点心J，且成像技2012—10—10收稿；2012．12-22接受本文系国家自然科学基金(Nos．21007067，21177125，21021004)资助}E—mail：fengl@dicp．ac．Cn万方数据796分析化学第41卷术比光谱技术简单，无需特殊的仪器，成像设备可以是数码照相机、平板扫描仪㈨、手机摄像头㈣等，但成像技术通常获得的是红、绿、蓝(R，G，8)3个或红、黄、绿、蓝(R，Y，G，B)4个通道的光谱信息，不如光谱技术获得的信息量大心1。Bn加入分析物前Beforeaddinganalyte●，●

7、●●●●●●●●●加入分析物后Addedanalyte颜色变化--------------------------_Changeofcolor指纹图谱Fingerprint●●●●●图1光化学比色传感器阵列采集信息的两种模式：(A)紫外可见分光光度计采集信息，(B)平板扫描仪成像采集信息Fig．1Twomethodsforthedatacollectionfromopticalarrays．(A)UV—visspectrometer，(B)flattedscanner3光化学比色传感器阵列的应用3．1气体的检测2000年，Rakon等提出通过模拟哺乳动物

8、的嗅觉系统来构建比色传感器阵列，利用卟啉类化合物与挥发性有机气体(VOCs)反应