光电化学传感器.ppt

光电化学传感器的研究进展,光电化学传感器原理,光电化学过程：指分子、离子或半导体材料等因吸收光子使电子受激发产生的电荷传递，从而实现光能向电能的转化过程,光能,电能,传感器定量基础,+,目标待测物,具有光电活性的物质,物理、化学作用,光电流或光电压,光电检测方法,激发源：光信号检测信号：电信号 特点,背景信号低灵敏度高设备价廉,光电化学传感器分类,电位型传感器：光寻址电位型传感器（LAPS）电流型传感器,被测物本身,有机材料,复合材料,半导体材料,光寻址电位型传感器(LAPS),基本类型,电解质/绝缘层/硅(EIS)测量液体金属/绝缘层/硅(MIS)测量气体,特点：实现多参数、多点测量,电流型光电化学传感器,基本原理：利用被测物质与激发态的光电材料之间发生了电子传递而引起光电材料的光电流变化进行测定,基于被测物本身的电流型光电化学传感器,发现：在白光(200800 nm)的照射下,哺乳动物的细胞能产生光电流。研究发现不同种类的细胞光电流大小不同,肿瘤细胞的光电流大于普通细胞,并且光电流的大小与细胞的活性有关。,细胞光电流产生原因,解释：慈云祥等提出了细胞光电流产生的光激励酶促反应加速模型:照射到细胞表面的光一部分被细胞膜吸收激活细胞膜上贮存的电荷,受激电子通过细胞膜上的跨膜蛋白进入细胞质内超大界面上所附着的酶反应体系;另一部分光穿过细胞膜直接进入细胞质内超大界面上所附着的酶反应体系,光激子的涌入打破了酶反应体系的平衡,使酶反应体系的费米能级增加,导致酶促反应速度加快,底物的电子被辅酶体系所捕获,经电子传递蛋白传递到电极上。,基于有机材料的电流型光电化学传感器,甲苯胺蓝,S 代表甲苯胺蓝,AA 代表抗坏血酸,S*代表激发态甲苯胺蓝,钌联吡啶配合物具有较强的可见光吸收、良好的光电化学性质和稳定的激发态,因此它在太阳能电池研究中是用得最多的一类材料。,基于半导体材料的光电化学传感器,半导体材料受到能量大于其禁带宽度的光照射时,电子从价带跃迁到导带,此时,导带上产生电子,价带上产生空穴。所产生的这个电子-空穴对,一种可能是再复合,另一种可能是导带上的电子转移到外电路或者溶液中的电子受体上,从而产生光电流。,基于复合材料的光电化学传感器,对于单一材料来说,电子-空穴生成后的再复合会降低材料的光电流。将两种材料复合后,能够降低电子和空穴的复合几率,因而将得到更高的光电转换效率。,联吡啶钌配合物-TiO2复合材料的光电流产生示意图,光电化学传感器的应用,Men等通过脉冲激光沉积技术在LAPS 表面上制备了对Fe,Cr 和Hg 敏感的传感器,并和溶出伏安法相结合研制成一种能够检测多种重金属的电子舌,成功应用于海水中重金属的检测,细胞凋亡的实时检测Li等发现单链DNA 与杂交之后的双链DNA 的光电流的大小是不同的,表明光电化学方法可用于DNA 杂交的测定,Dilgin等利用聚甲苯胺蓝修饰电极测定了NADH，并且发现光电化学法测定NADH的检测限要比用电化学方法低一个数量级修饰有钌()-联吡啶配合物的电极与亲核素反应后,将标记有生物素的霍乱毒素固定到电极表面,然后与霍乱毒素进行免疫反应。电极表面的蛋白质阻碍了配合物的激发态和CoCl3之间的反应,光电流降低。利用光电流的降低实现了霍乱毒素抗体的无标记光电化学免疫测定,检测限为0.5 g/mL。,化学耗氧量定量测定：光催化剂 TiO2辅助紫外光消解与流动分析技术联用测定优点：能大大加快分析速度。与标准的COD测定方法(即K2Cr2O7 氧化法)相比,光电化学方法条件温和,不使用浓 H2SO4 和有毒的 HgSO4,具有快速、准确、灵敏且无二次污染等特点。,Pardo-Yissar 等利用CdS纳米粒子检测乙酰胆碱酯酶(AChE)的活性,光电化学传感器的展望,发掘新材料：根据分析测定目标的需求来控制合成出具有特定性质的材料。新体系的构建和新方法的建立：尽管具有光电化学活性的材料种类很多,但能与分子相互作用构成功能匹配的测定体系并非易事。,