書刊評介《化學(xué)傳感器：特性、性能和應(yīng)用》簡介

章宗穰

（上海師范大學(xué)化學(xué)系，上海200234）

書刊評介《化學(xué)傳感器：特性、性能和應(yīng)用》簡介

章宗穰

（上海師范大學(xué)化學(xué)系，上海200234）

美國Nova科學(xué)出版公司自2009年起出版以評介化學(xué)各分支領(lǐng)域的進(jìn)展和應(yīng)用前景為重點(diǎn)的 《化學(xué)研究與應(yīng)用》（Chemical Research and Applications）系列叢書，涵蓋了化學(xué)的各個(gè)分支領(lǐng)域。預(yù)計(jì)到2012年底共出版125卷。目前已列入2013年出版書目的新書也已有11卷。 各領(lǐng)域的化學(xué)研究人員或者工程師也許都可以從該叢書中找到自己感興趣和有參考價(jià)值的書籍。各卷的書名和簡介可從Nova科學(xué)出版公司的網(wǎng)站上查詢(http://www.novapublishers.com)。

由Ronald V.Harrison主編的 《化學(xué)傳感器：特性、性能和應(yīng)用》一書于2010年出版。該書不是一本全面評介化學(xué)傳感器各個(gè)分支進(jìn)展的書籍，而是就某些已得到應(yīng)用或有明顯應(yīng)用前景的領(lǐng)域約請相關(guān)研究人員撰寫。與已出版的相關(guān)書籍相比，選題更著重應(yīng)用特色，也可看到在其它書籍中不多見的與應(yīng)用及工藝相關(guān)的信息及論述。前些時(shí)候，筆者從上海圖書館借閱了該書。讀后頗有啟發(fā)，嘗試對該書各章的主要內(nèi)容作一簡略介紹，供本刊讀者參考。

書 名：Chemical Sensors:Properties,Performance and Applications

主 編：Ronald V.Harrison

出版社：Nova Science Publishers,Inc,New York,書 號：ISBN 978-1-60471-897-9

書籍的簡介可從下述網(wǎng)頁上查閱：

https://www.novapublishers.com/catalog/product_info.php? cPath=23_29&products_id=10385

本書各章的目錄及頁次如下：

第1章 光子激發(fā)式臭氧傳感器(Photon Stimulated Ozone Sensing)1-63

第2章 用于氣體檢測的光導(dǎo)纖維傳感器(Fiber Optic Sensors for Gas Detection)65-92

第3章 基于叉指電極陣列阻抗換能器的化學(xué)與生物 傳感器 (Chemical Sensors and Biosensors based on Impedimetric Interdigitated Electrode Array Transducers)93-117

第4章 用于化學(xué)和生物分析的基于磷光測定的光學(xué)傳感器(Optosensors for(Bio)Chemical Analysis based on Phosphorescence Detection)119-146

第5章 用于對環(huán)境中惡臭氣味監(jiān)控的非特異氣體傳感器陣列（Non-Specific Chemical Gas Sensor Arrays for Environmental Monitoring of Odour Emissions:A Review）147-166

第6章 基于漆酶和麥爾多拉藍(lán)共固定化的氧化多壁碳納米管電流型生物傳感器及其在酚類化合物測定中的應(yīng)用(Amperometric biosensor based on Laccase and Meldola’s blue coimmobilized on oxidized multi-wall carbon nanotubes forphenol compounds determination)169-181.

索 引 185-196

“光子激發(fā)式臭氧傳感器”是本書的第一章，也是本書的重點(diǎn)章節(jié)。全文長達(dá)64頁，占全書各章篇幅的三分之一強(qiáng)。臭氧是一種有害人體健康的氣體，即使在低于100 ppb的濃度下也會(huì)產(chǎn)生不良后果。開發(fā)節(jié)能和高分辨率的便攜式臭氧傳感器是當(dāng)務(wù)之急。文中對各類已獲得實(shí)際應(yīng)用的臭氧傳感器的現(xiàn)狀進(jìn)行了詳盡分析和評述，在此基礎(chǔ)上報(bào)道了作者研究組所進(jìn)行的可在室溫下進(jìn)行操作的光子激發(fā)式臭氧傳感器。該傳感器以摻雜氧化銦納米結(jié)構(gòu)(n型半導(dǎo)體)作為敏感層。目前廣泛采用的臭氧傳感器的響應(yīng)機(jī)制大多基于對臭氧離子（O3-）濃度的測定，本文所報(bào)道的臭氧傳感器則基于對氧化銦納米結(jié)構(gòu)敏感層上所吸附的氧離子（O-）的測定。文中詳細(xì)報(bào)道了氧化銦納米結(jié)構(gòu)的晶體生長及傳感器敏感層加工以及與紫外發(fā)光二極管集成在一起的工藝。對響應(yīng)機(jī)制也進(jìn)行了較詳盡的探討。和臭氧敏感器件集成在一起的紫外發(fā)光二極管所發(fā)出的紫外光參與了臭氧分子在敏感層上的氧化還原反應(yīng)以及氧化銦納米結(jié)構(gòu)敏感層在工作過程中的價(jià)態(tài)及結(jié)構(gòu)變化和再活化過程。氧化銦納米結(jié)構(gòu)在此過程中的電阻變化比值與試樣中臭氧濃度相關(guān)。其檢測下限可達(dá)~13 ppb，且不受共存的NOx、CO2和O2的干擾。能耗則低于50 mW。已經(jīng)在大氣環(huán)境中進(jìn)行了實(shí)時(shí)測試，所測定的臭氧濃度低達(dá)12 ppb。該傳感器顯示了長期穩(wěn)定性。項(xiàng)目不僅得到了基礎(chǔ)研究基金的資助，也得到了以促進(jìn)科研成果產(chǎn)業(yè)化及創(chuàng)業(yè)孵化為資助目標(biāo)的德國Fraunhofer研究院的資助。

此后的第2章至第5章是對目錄中提及的幾類傳感器的原理、技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)展的評述。分別討論了光導(dǎo)纖維氣體傳感器、基于阻抗測定的叉指式電極陣列的化學(xué)與生物傳感器、基于磷光測定的光學(xué)式傳感器以及對環(huán)境惡臭進(jìn)行測定的非特異化學(xué)氣體傳感器陣列 （常被稱作電子鼻，Electronic Nose）等四個(gè)領(lǐng)域的現(xiàn)狀和未來展望。文中不僅涉及原理探討和實(shí)驗(yàn)室研究，更注重技術(shù)、器件和應(yīng)用方面的論題。這也是本書各章的共同特色。各章所引述的文獻(xiàn)都在百篇以上。第6章則報(bào)道了作者對基于漆酶和麥爾多拉藍(lán)共固定化的氧化多壁碳納米管電流型生物傳感器的研究探索及其在酚類化合物測定方面的應(yīng)用。

第二章的主題是光導(dǎo)纖維傳感器及其應(yīng)用。光導(dǎo)纖維傳感器的研究始于上世紀(jì)70年代，隨著相關(guān)理論和技術(shù)的進(jìn)展及日益增長的分析檢測的需求，90年代后更引起研究人員和工業(yè)界的關(guān)注。文中評介了目前應(yīng)用較廣的基于吸光度測定、熒光測定、紅外及近紅外技術(shù)以及基于其它技術(shù)，諸如基于折光率變化、化學(xué)熒光（CL, Chemiluminescence)、拉曼光譜及表面增強(qiáng)拉曼(SERS)等幾類不同原理的光導(dǎo)纖維傳感器研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。討論了光導(dǎo)纖維傳感器的設(shè)計(jì)。較詳盡地評述了多種光導(dǎo)纖維氣體傳感器的研究和應(yīng)用的現(xiàn)狀，涉及氨氣傳感器、氮氧化物傳感器、二氧化硫傳感器、硫化氫傳感器、一氧化碳傳感器、臭氧傳感器、氫氣傳感器、濕度傳感器和易揮發(fā)有機(jī)物蒸氣傳感器等。

第三章討論了基于阻抗譜（EIS，Electrochemical Impedance Spectroscopy）測定的化學(xué)和生物傳感器以及所應(yīng)用的叉指式電極陣列（IDEA,Interdigitated Electrode Arrays）的相關(guān)論題。文中詳盡地討論了叉指式電極陣列的設(shè)計(jì)和制作，評述了IDEA在酶電極、離子和分子傳感器、免疫傳感器、DNA傳感器以及細(xì)菌、細(xì)胞和其它受體傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用。

第四章則對基于室溫磷光（RTP,Room Temperature Phosphorescence）測定的光學(xué)傳感器及其在化學(xué)和生物傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了討論和評述。作者首先從原理和技術(shù)方面對比了熒光和磷光現(xiàn)象的異同，然后對應(yīng)用磷光特性進(jìn)行測定特別是室溫下的磷光測定原理及技術(shù)條件和影響因素及增強(qiáng)和如何保持穩(wěn)定等進(jìn)行了較詳盡討論，繼之評述了在氣體傳感器、離子傳感器、有機(jī)化合物傳感器、生物傳感器以及生物體內(nèi)測量和光動(dòng)力學(xué)治療 （PDT,Photodynamics Therapy, RTP-PDT）等領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀，還討論了臨床應(yīng)用的實(shí)例。對諸如固體表面（支撐）室溫磷光（SS-RTP,Solid Surface-RTP）、能量傳遞室溫磷光（Energy Transfer-RTP,ET-RTP）等新技術(shù)的應(yīng)用和在傳感技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行了探討和評述。目前引起廣泛興趣的半導(dǎo)體納米材料或量子點(diǎn)研究多數(shù)集中在熒光化學(xué)傳感技術(shù)，但也許可用作磷光傳感技術(shù)所需的新材料。

第五章評述了非特異氣體傳感器陣列（又稱電子鼻，e-Nose,）在環(huán)境氣體中惡臭氣味監(jiān)控方面的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展。在介紹了非特異氣體傳感器陣列的原理和應(yīng)用領(lǐng)域之后，著重對由非特異傳感器陣列所獲取信號的處理過程中的模式識別技術(shù)的各種方法（如圖解分析、多參數(shù)分析、監(jiān)督/無監(jiān)督學(xué)習(xí)模式、線性/非線性模式及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）等進(jìn)行了較詳盡討論。

第六章則是作者的研究工作報(bào)告。作者將漆酶和麥爾多拉藍(lán)共固定化于氧化多壁碳納米管表面，所制得的電流型生物傳感器可用于酚類化合物測定。

綜觀全書的各個(gè)章節(jié)，都顯示了書籍主編和作者從技術(shù)和應(yīng)用出發(fā)評述各類化學(xué)和生物傳感技術(shù)以及器件的指導(dǎo)思想，并較多地關(guān)注器件制作工藝、商品化和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展這一主題。是一本有特色的專著，值得一讀。也值得我國化學(xué)傳感器領(lǐng)域研究工作的組織實(shí)施和論文及書籍寫作時(shí)借鑒。

Book Review：《Chemical Sensors:Properties,Performance and Applications》

Zhang Zong-rang
(Chemistry Department,Shanghai Normal University,Shanghai 200234)