《荧光分析法》课程论文
赵劲松 200425135
基于激发态过程机理的荧光传感器及离子识别
赵劲松 200425135
摘要：荧光化学传感器融合了超分子化学、光物理化学、有机合成化学的研究内 容，由于其具备荧光分析法的高灵敏度特点而引起人们的普遍关注。不同的荧光 传感机理被应用到传感器的设计上，以适应不同的传感体系。本文综述了几种激 发态过程的荧光传感机理并介绍其在离子识别中的应用。
关键词：荧光化学传感器 光物理 传感机理 离子识别
一、前言
分子识别是超分子化学研究的核心内容之一，最初是由有机化学家和生物化 学家在分子水平上模拟天然化合物所提出。分子识别是指主体（受体）对客体（底 物）选择性结合并产生某种特定功能的过程，维系分子间的作用力是几种弱相互 作用力（非共价键）的协同作用。分子识别可分为离子客体的识别和中性分子的 识别。当客体与受体的识别基团结合时，诱导受体的物理或化学性质发生改变， 转换为可检测的宏观信号：如 NMR 中的化学位移变化、光学信号（吸光度或荧 光）的变化以及电位的变化等，此过程即为传感。
化学传感器是一类转换器，可选择性地将分析对象的信息(如酸度、浓度、粘 度、化学或生物物种等)转变为分析仪器易测量的物理信号。目前，电化学与光 化学传感器是两个活跃的研究领域。得益于现代电子技术的发展，电化学传感器 出现较早，该领域的研究十分活跃，新技术新方法不断出现；光化学传感器的出 现相对较晚，然而该研究领域所独具的应用性为其发展提供了便利条件，因此迅 速成为现代分析化学的前沿研究领域之一。由于荧光内在的高灵敏度、可实时检 测及可实现远程检测等优越性，其在分子识别与传感中得到蓬勃发展。
与其它化学传感器相似，荧光传感器包含两个单元：一是识别基团，另一是 荧光团。二者可由联接臂相联或直接相联在同一共轭体系中。分析对象被识别时， 荧光团内在的光物理特性被影响，荧光信号的输出形式发生改变，例如荧光峰值 位置的移动，荧光量子产率的涨落，荧光寿命的变更，荧光偏振的改变以及新荧 光峰的出现等。因此荧光团可起信息转化的作用，即将识别信息转化为光学信号，
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涉及的机理有光诱导电子转移（Photoinduced Electron Transfer, PET）、荧光共振 能量转移（Fluorescence Resonance Energy Transfer, FRET），分子内电荷转移 （Intramolecular Charge Transfer, ICT）、激基缔合物（Monomer-Excimer）的形成 或消失、激发态分子内质子转移（Excited-state Intramolecular Proton Transfer, ESIPT）等，这些属于光物理研究领域。准确评价荧光信号的改变并对光信号的 改变作出合理的机理解释，则需对光物理化学过程有全面认识。本文将概述上述
几种激发态信息传递机制并介绍其在离子识别与传感中的应用。
二、光诱导电子转移（PET）机理
PET 热力学基础由 Weller 等于 20 世纪 60 年代末提出，用于描述分子间电子
转移体系。这一开创性工作为光诱导电子转移体系的深入研究奠定了基础。根据 Weller 公式：?G = Eox ? Ered ? ?E0,0 ? C （Eox 和 Ered 分别为给体化合物和受体化 合物的氧化和还原电位，?E0,0 为受激化合物跃迁能量，C 为常数），当?G 为负值 时，就会发生从电子给体到电子受体的电子转移。对于分子内的 PET 动力学过 程则有 Marcus 理论描述。
A
B
于图会发荧1.生光从团A.外两外来轨来基道基团之团向间的荧时H光便O团会M方发O向生轨的从道电荧介子光于转团荧移向光外。团来HB基O.M团外O方来、向基L的U团M电的O子L轨转U道M移之O。间轨时道便介
在荧光传感器的研究中，光诱导电子转移最先得到研究并取得巨大的成功。 图 1 描述了 PET 荧光传感器的光物理机理。客体不存在时，荧光团被光激发后 其最高占据轨道(HOMO)的一个电子跃迁到最低空轨道(LUMO)，若外来基团（如 识别基团）的 HOMO 轨道或 LUMO 轨道介于荧光团两轨道能量之间，此时就可 以发生识别基团与荧光团的电子转移而导致荧光的猝灭，即发生光诱导电子转移 过程。也就是说，PET 过程提供了一个电子从激发态到基态的非辐射跃迁的途径，
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降低了荧光团的量子产率，表现为荧光强度的减弱，既荧光猝灭。 PET 应用到传感器上一般需要如下几个条件，首先传感器分子中要包含一个
荧光团，其应具有高的量子产率；其次还应包含电子给体（Electron Donor）， 可以发生向荧光团的 PET 过程；最后，当结合目标分子（或离子）后，会引发
或抑制电子给体与电子受体间的光诱导电子转移，引起荧光团荧光猝灭或荧光恢
复，实现信号报告目的（图 2）。
hυ e?
hυ' hυ
D
D
Weakly Fluorescent
Strongly Fluorescent
图 2. 基于 PET 机理的荧光传感器模型
2.1 基于 PET 过程的阴离子识别与传感
就大多数 PET 荧光传感器而言，其荧光团一般选用稠环类芳香化合物，因为 该类化合物具有刚性平面结构，量子产率较高，具有较强的荧光发射。同时由于 分子内的电子离域特性，常被看作能容纳大量电子的场所。识别基团一般含有脂 肪胺或芳香胺，其上的孤对电子可作为 PET 过程中的电子给体，以作为荧光团 的猝灭剂。
1
荧光分子1为首例利用PET机理识别阴离子的荧光分子传感器[1]。其以蒽为荧 光团，多胺阳离子为阴离子的识别位点。在进行阴离子识别前，先对多胺进行部 分质子化，残留一个自由氨基作为荧光团蒽的猝灭剂。当HPO42?的加入后，其羟 基与残余氨基孤对电子结合后，阻断了PET的发生，使可使蒽荧光得到恢复，表
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现为受体分子荧光显著增强，实现在在pH = 6 的水中选择性识别磷酸氢根离子 (HPO42?)。
受体分子2以硫脲盐类为阴离子识别位点，荧光团为萘。在激发态时，会发 生从萘向硫脲盐方向的PET过程，致使萘的荧光被猝灭，在乙腈中，阴离子如AcO?
与硫脲盐以静电吸引和多重氢键协同作用结合后，提高了硫脲盐的还原电位，阻 断了PET的发生，荧光强度显著增强，可实现在水中识别HPO42?和AcO?，其与 HPO42?形成2:1的配合物[2]。
2
2.2 基于 PET 过程的阳离子识别与传感
较PET机理识别阴离子而言，阳离子的荧光识别起步较早。大多数PET机制 阳离子传感器分子中，一般将结合阳离子的受体设计成电子给体，而将具有荧光 发射特征的荧光发光体设计成电子受体。
3
子图结3. 合受后体的分荧子光3与发金射属光离谱
受体分子3是选择性识别Hg2+的PET传感器[3]。萘酰亚胺是分子3的荧光团，2， 6-二胺甲基吡啶上的氮原子既是荧光团的猝灭基又是金属离子的结合位点，其半
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刚性结构可增强与金属离子结合的选择性。在pH=6.98的HCl-Tris缓冲溶液中受 体自身的荧光较弱，荧光量子产率为0.007，过渡金属离子中的Zn2+、Cd2+、Ag+ 和Pb2+均能使3的荧光不同程度的增强(Φ/Φ0 < 3)，唯有Hg2+使其的荧光增强17倍， 其它金属离子的加入并不影响3的荧光行为。受体分子中的羟基可增加分子的水 溶性，可实现水相中Hg2+的选择性识别。
同样为选择性识别Hg2+的荧光传感器，受体4以荧光素为荧光团，同时在受 体中引入硫原子以增加与Hg2+的结合能力。在pH = 7的缓冲溶液中，受体4存在 从苯胺到荧光素的PET过程，荧光量子产率仅为0.04。随着Hg2+的加入，苯胺到 荧光素的PET过程被抑制，受体的荧光强度增加5倍，光谱略有红移。干扰实验 表明除Cu2+外，其它金属离子的存在对Hg2+的检测并不干扰[4]。
hv
4
三、荧光共振能量转移（FRET）机理
荧光共振能量转移是激发态时能量供体与受体通过远程偶极-偶极耦合作
用，发生的非辐射能量转移过程，又称长距离能量转移。一般说来，能量供体的
荧光发射位于短波长处，且其发射光谱与能量受体的吸收光谱要能重叠。描述荧
＝ ， 为能量转移的速率， 为 光共振能量转移有著名的Forster方程：kT 1/τD (R0 / r)6 kT
τD
没有能量受体条件下能量供体的荧光寿命，R0为Forster距离，r为能量转移效率为50％时的
供体与受体间的距离，为供体与受体间的距离。有此可见，共振能量转移的效率与以下
三个因素有关：供体的发射光谱与受体的吸收光谱重叠程度，供体与受体间的距
离和供体与受体的跃迁偶极的相对取向。 FRET 在生物分析中的荧光探针方面取得巨大的成功，主要利用共振能量转
移与能量供体受体间的距离有关这个因素，而且这在生物蛋白质、DNA 大分子
上容易实现。但对于单分子传感器而言，能量受体与供体间常用柔性的非共轭化
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学键连接，因此可以通过客体结合后引起分子构型变化，改变供体与受体间距离 来进行 FRET 传感。此外还可利用受体与供体的光谱重叠程度、跃迁偶极距的相
对取向，以及供体的量子产率等影响因素进行荧光传感。 受体分子 5 是利用共振能量转移原理识别 F?的传感器[5]。在四氢呋喃溶液中，
以 294nm（三芳基硼的吸收带）激发，只观察到位于 670nm 的卟啉的荧光发射
峰而观测不到三芳基硼基团的荧光发射，说明发生了从三芳基硼到卟啉的能量转 移过程。氟离子加入后与硼反应，使硼原子的杂化轨道由 sp2 变为 sp3，进而减弱 了体系的π共轭，阻断了能量转移的发生，于是产生两个新的荧光峰，分别位于 356nm（三芳基硼的发射）和 692nm（卟啉的发射），而位于 670nm 处的荧光强
度减弱，说明由三芳基硼到卟啉的能量转移被阻断。因此该体系可用于比值法检 测氟离子。该受体能对 F? 专一性识别，其它阴离子的加入不会引起受体分子的
荧光光谱变化。
5
图4. 受体分子5对F?的荧光传感
分子6中，芘为能量供体，蒽-9-羧酸酯为能量受体，杯芳烃为Na+的结合位 点。在甲醇-四氢呋喃(15:1)的混合溶剂中，可同时观察到芘和蒽-9-羧酸酯的荧光 发射。随着Na+的加入，相对于芘的荧光发射，蒽-9-羧酸酯的荧光增强程度更大， 说明Na+的加入使芘与蒽-9-羧酸酯间的距离减小，能量转移效率提高[6]。
OR1 OR4 R2O
OR3
O R1 =
O
R3 =
O
R2 = R4 =
OEt
O O
O
6
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受体分子 7 未结合阴离子时存在从芘（能量供体）到 2,3-二吡咯-喹喔啉（能
量受体）的共振能量转移，以 325nm（芘的吸收带）激发，观察到位于 495nm 的 2,3-二吡咯-喹喔啉的强荧光发射峰。随着阴离子（F?或 HPO42?）的加入，2,3二吡咯-喹喔啉的荧光强度减弱，且其吸收光谱也发生变化，表明 FRET 过程受
到抑制。通过对比实验，发现跟单独的 2,3-二吡咯-喹喔啉相比，受体 7 通过 FRET
[7]
进行传感的灵敏度有所提高 。
λ: 315~365 nm
FRET
λ: 495 nm
7
受体分子8利用结合前后供体的发射光谱与受体的吸收光谱重叠程度的不 同，从而选择性进行Al3+的传感[8]。分子中邻羟基苯基三唑自身不发荧光，与Al3+ 结合后荧光有所增强（尽管仍很弱），但其发射光谱与香豆素343的吸收光谱重 叠程度大为增加，能量转移效率提高，达到信号放大之目的。在甲醇-水（1:1） 的pH 5.0缓冲溶液中，以350 nm光激发受体8（邻羟基苯基三唑的吸收峰），Al3+ 的加入使香豆素343的荧光增强7倍，检测限为50 nM，其它金属离子除Cu2+和Fe3+ 使受体8荧光猝灭外，对测定无影响。
8
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四、激基缔合物（Excimer）机理
一些荧光团在激发态与另一相同/不同荧光团接近，往往能生成激基缔合物 （如萘、蒽、芘等易于通过π-π堆积作用形成激基缔合物），此时可观察到双重
荧光。位于短波长处且具有振动结构的荧光为单体荧光，长波长无振动结构的荧
光为激基缔合物荧光（图 5）。
A*+A
→
A*
????
A
激基缔合物(excimer)
*
图5. 芘单体与激基缔合物的荧光光谱
激基缔合物的形成过程受扩散控制，因此单体浓度与溶剂粘度是缔合物形成 过程中的决定因素。当单体溶于烷烃溶剂且浓度低于 10?5 mol L?1 时，通常观测 到的为单体荧光。若受体分子中有两相同的荧光团，其相对距离与受体和客体的 结合有关，如受体分子结合上客体后，分子构型发生变化，促进激基缔合物的形 成（图 6）或破坏了单体本身的激基缔合物结构，因此可通过单体与 excimer 间 的荧光强度比值来进行客体的识别。
图6. 客体与受体分子结合后促进激基缔合物的形成
2.2 基于 monomer/excimer 的阴离子识别与传感
受体分子9以胍基为阴离子识别位点，芘为信号报告基团，在甲醇中，其 只发射单体的荧光，随着焦磷酸根离子的加入，导致单体荧光猝灭和excimer荧 光的形成和增强，原因在于焦磷酸根离子与受体发生自组装作用。其它阴离子无
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[9]
此现象，因而该受体可选择性地识别焦磷酸根离子 。
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作为磷酸根离子传感器，受体10采用了与上例相反的传感模式。它采用钳型 结构[10]，以酰胺键为识别位点，可选择性地识别磷酸根离子。在四氢呋喃中10 发射双重荧光，长波长的excimer荧光被认为来自不同侧链的芘分子间的激发态 相互作用。磷酸根离子的加入与酰胺N－H氢键结合，改变了分子构型，使芘分 子间距离增大，导致excimer荧光减弱，单体荧光增强。
10
2.2 基于 monomer/excimer 的阳离子识别与传感
识别Zn2+的荧光传感器11巧妙地应用变构原理。在受体分子中，金属配体（－ NH2）与荧光团（芘基）处于六元环结构的稳定的平伏键构象结构中。未结合阳 离子时分子的荧光主要为单体荧光；Zn2+的加入，诱使－NH2采取直立键构象， 使11的构象发生翻转，荧光团芘也只能以直立键键方式分处上下两端，促进
11
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excimer的形成，导致excimer荧光增强，单体荧光猝灭。除了Zn2+，Cd2+的加入 也可诱使excimer荧光大幅增强[11]。
与受体分子 11 相反， 12 在未结合阳离子时，分子中的两个芘基彼此靠近、 重叠，主要发射 excimer 长波长荧光，阳离子（Hg2+）与之配合后改变芘基的空 间位置，破坏之前的 exciemr 结构，所以观测到受体分子单体荧光增强，而 excimer 荧光被猝灭。该受体对 Hg2+的选择性很好，而对其他金属阳离子的响应很弱[12]。
12
五、扭转分子内电荷转移（TICT）机理 5.1 分子内电荷转移（ICT）
扭转分子内电荷转移属于分子内电荷转移（ICT）的一部分，除了具有 ICT 的光物理性质外还具有其本身独特的荧光发射行为。所谓的分子内电荷转移，是 指分子在激发态时发生分子内电子转移（ET），造成正负电荷的分离，形成分子 内电荷转移态（既 ICT 态）。分子内的电子转移和电荷转移态是常见的光物理现 象，也是植物进行光合作用的必须过程。一般来说，发生电荷转移的分子应包含 电子给体和电子受体，而且两者通过共轭π键连接，π键提供电子转移的通道。
分子处于激发态为什么会发生电子转移而导致正负电荷分离呢？这是由分 子激发态的性质决定的。首先，激发态的分子较基态具有更大的反应活性，体现
图7. 基态与激发态分子的电子组态示意图。IP表示电离能，EA表示电子亲和能。
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在其氧化电位下降和还原电位提高（图 7），因此易于发生电子的得失，为电子 转移提供条件。其次，当电子给体与电子受体位于分子内的共轭体系中时，无论 是给体被激发或是受体被激发，都会诱导从电子给体到受体的电子转移过程（图 8）。随着电子转移的进行，分子内会发生正负电荷的分离，表现为分子偶极距的 增大。
图8. 激发态分子内的电子转移示意图。A表示电子受体，D表示电子给体。
通过分子内电子转移，受体接受电子，给体提供电子，形成一种电荷分离态， D+...A?，它的电子结构会发生较大变化，与带有自由基 D+、A? 的基态分子电子 结构相似。例如胺上的 N 原子为 sp3 杂化，为金字塔构型，当其一个电子被激发 并失去时，N 变为为 sp2 杂化为平面三角形构型。
处于激发态上的分子内电荷转移态分子是不稳定的，具有正负电荷复合趋向 而回到基态，要是这个过程为辐射跃迁，就会伴随 CT 荧光发射。分子电荷转移 态的稳定性受外界环境的影响较大，凡是能稳定正负电荷分离的因素将会降低电 荷转移态的能量，导致 CT 荧光光谱红移（例如溶剂效应），反之则会导致 CT 光 谱蓝移。
5.2 扭转分子内电荷转移（TICT）
对二甲氨基苯甲腈(DMABN)是第一个被深入考察的具有双重荧光的分子。 Lippert 等于二十世纪五十年代末首次观测到 DMABN 在极性溶剂中发射双重荧 光，即位于短波长区的正常发射带和位于长波长区的“异常”发射带。两个光谱 带具有强烈的溶剂和温度依赖性。在非极性溶剂中，仅显现出短波长荧光，为局 部激发态(Locally Excited State，LE)发光；在极性溶剂中，观察到长波长荧光峰 产生，为分子内电荷转移态(Intramolecular Charge Transfer State，ICT)发光。溶 剂极性愈高，短波长荧光强度就愈低（图 9）。
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图9. 左图：具有双重荧光的对二甲氨基苯甲腈(DMABN)；右图：DMABN在 不同极性溶剂中的荧光光谱，1.正己烷，2.丁醚，3.乙醚，4.氯丁烷，5.乙腈
Grabowski 等提出的 TICT 模型，认为 LE 态为平面状，当 DMABN 分子发生 分子内电荷转移时，二甲氨基(D)平面绕氨氮原子与苯甲腈基芳环(A)之间的单 键扭转 90o，形成分子内扭转电荷转移(TICT)态(图 10)，正负电荷达到最大分离 程度，偶极矩由基态 6.6D 增加到 LE 态的 9-10D，最终达到 CT 态的 16D。LE 和 TICT 态分别产生短波长(高波数)和长波长(低波数)荧光。
图10. TICT模型及其荧光发射示意图
N
N
N
N
N
C
C
C
C
C
N
N
N
N
N
DMABN NMC5
JULCN
CBQ
MMD
图11. DMABN的LE、TICT模型分子结构
TICT 模型的重要实验依据是 DMABN 的 LE 模型分子 NMC5、JULCN 和 CT 模型分子 CBQ、MMD(图 11)的稳态荧光光谱。在 NMC5 和 JULCN 分子中，氨 氮原子被固定在苯环平面上，仅观察到 LE 荧光；而在 CBQ 和 MMD 分子中， 二甲氨基平面被固定与芳环平面垂直或因邻位甲基的空间位阻使其扭转而与芳 环平面几乎垂直，仅观察到 CT 荧光。由此阐明二甲氨基平面扭转是 CT 荧光产 生的必要条件。
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一、填空题 1．热敏电阻按半导体电阻和温度的特性关系可分为三种：一、负温度系数热敏电阻；二、正温度系数热敏电阻；三、临界温度热敏电阻。 2．热敏铁氧体温度传感器由强磁材料制成。 3．水温传感器大多用负温度系数热敏电阻制成。 4．进气温度传感器在D型EFI系统中被安装在空气滤清器之后的进气软管上； 在L型EFI系统中被安装在空气流量计；第三种被安装在进气压力传感器内。 5．车内空气温度传感器有两个，一个安装在驾驶室内仪表板下；另一个安装在后挡风玻璃下。 6．EGR废气再循环系统主要是为了减少汽车尾气中NOx 的含量。 7．读取故障码的方法有两种方法，一、人工读取；二、专用仪器。 8．双金属片气体温度传感器用于检测进气温度，并通过真空膜片控制冷空气和热空气的混合比例。 9．空气流量传感器用来检测发动机进气量的传感器，并将其转换为电信号输入电子控制单元ECU ，以供计算喷油量和点火时间。 10．叶片式空气流量传感器由空气流量计和电位计组成。 11．空气流量传感器中有一个油泵开关，来控制燃油的喷射。 12．空气流量计内的进气温度传感器是为进气量作温度补偿。 13．叶片式空气流量传感器叶片完全关闭时，触点应处于断开状态，电阻值应为无穷大。 14．叶片式空气流量传感器叶片稍微摆动时，触点应处于闭合状态，电阻值
应为0 。 15．涡流式空气流量传感器的工作原理是在进气道内放置一个三角形或流线型涡流发生器。 16．涡流式空气流量传感器测量漩涡数量的方法有声波测量法和反光镜测量法两种。 17．涡流式空气流量传感器的检测内容主要是测量各端子电阻和电压值。 18．热线式空气流量传感器按其热线安装位置的不同可分为主流测量法和旁通测量法两种。 19．热线式空气流量传感器是利用热线与空气之间的热传递现象进行空气质量、流量测定。 20．热线式空气流量传感器还有自洁功能，当发动机熄火时，电路会把热线自动加热，以清洁流量计。 21．进气歧管绝对压力传感器的功能是根据发动机的负荷状况检测出进气歧管内压力的变化。 22．进气压力传感器按信号产生的原理可分为电压型和频率型两种。 23．半导体压敏电阻式压力传感器是利用半导体的压敏效应制成的。24．半导体压敏电阻式压力传感器薄膜周围有四个应变电阻，以电桥方式连接。 25．真空膜式进气压力传感器将膜盒的机械运动变换成电信号输出，可用、
传感器技术在交通检测中的应用 传感器技术在交通检测领域的应用交通信息是城市交通规划和交通管理的重要基础信息，通过全面、丰富、实时的交通信息不但可以把握城市道路交通的发展现状，而且可以对未来发展进行预测。因此，交通信息采集与处理技术无论对城市的规划、路网建设、交通管理，还是对未来智能交通系统功能的实现都非常重要。 动态交通信息采集系统的目标是全面、自动、连续地从路网上获得不同地点和路段上的交通流信息。而要实现这一目标，就离不开信息传感器。 一、传感器的涵义及组成国家标准（GB7665—1987）对传感器下的定义是：能感受到规定的被测量的量，并依据一定的规律转换成可用于输出信号的器件或装置。在现代科学技术的发展过程中，非电量（例如压力、力矩、应变、位移、速度、流量、液位等）的测量技术（传感技术）已经成为各领域的重要组成部分，但传感技术最主要的应用领域是自动检测和自动控制，它将诸如温度、压力、流量等非电量变化为电量，然后通过电的方法进行测量和控制。因此，传感器是一种获得信息的手段，它获得的信息正确与否，关系到整个测量系统的精度。传感器一般是利用物理、化学、生物等学科的某些反应或原理，按照一定的制造工艺研制出来的。因此，传感器的组成将随不同的情况而有较大
差异。但是，总的来说，传感器是由敏感元件、传感元件、信号调节与转换电路和辅助电路组成。敏感元件是直接感受非电量，并按一定规律转换成与被测量有确定关系的其他量（一般仍为非电量）的元件。传感元件又称变换器，一般情况下，它不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的量转换成为电量输出。这种划分并无严格的界限，并不是所有的传感器都必须包含敏感元件和传感元件。如果敏感元件直接输出的是电量，它同时兼作为传感元件。信号调节与转换电路一般是指把传感元件输出的电信号转换成为便于显示、记录、处理和控制的有用信号的电路。辅助电路通常包括电源，有些传感器系统采用电池供电。 二、交通检测中常见的传感器技术 1、红外线传感器红外传感器是波束检测装置的一种，有主动和被动两种形式。主动式发射器和接收器分别为半导体激光器和光电二极管，将两者对中，水平安装在车道旁边。无车通过时，接收器接收细束线状红外光，有信号输出；车辆通过时，遮断光束，接收器无输出，通-断转换是对车辆的检测信号。新型主动反射式红外检测器的原理为：在相同的红外光辐射下，反射物的大小、材料和结构不同，反射能量就不一样。 被动式红外检测没有发射器，只有接收器。接收器感受路面和车辆以红外波长为主的辐射能量。路面和车体的材料温度和表面光洁度都不一样，它们的辐射能量也必然不相等。现代红外测温的分辨率已达到0、1%℃，因此区分道路和车辆己不存在困难。
荧光化学传感器是建立在光谱化学和化学波导与量测技术基础上的将分析对象的化学信息以荧光信号表达的传感装置。其主要组成部件有三个(图 1.1)：1．识别结合基团(R),能选择性地与被分析物结合,并使传感器所处的化学环境发生改变。这种结合可以通过配位键，氢键等作用实现。２．信号报告基团(发色团, F），把识别基团与被分析物结合引起的化学环境变化转变为容易观察到的输出信号。信号报告基团起到了信息传输的作用，它把分子水平上发生的化学信息转换成能够为人感知(颜色变化)或仪器检测的信号（荧光等)。3.连接基团(S),将信号报告基团和识别结合基团连接起来,根据设计的不同连接基团可有多种选择，一般用做连接基团的是亚甲基等短链烷基。连接基团的合适与否将直接影响是否有输出信号的产生。信号表达可以是荧光的增强或减弱、光谱的移动、荧光寿命的变化等。 图1．1 荧光探针的结构 1.1.1 荧光探针的一般设计原理 (1) 结合型荧光探针[２1］ +
Analyte Signalling subunit Space Binding subunit Output signal 图1．２ 共价连接型荧光探针 结合型荧光探针是利用化学共价键将识别基团和荧光基团连接起来的一类荧光探针,是比较常见的一类荧光探针。该类探针通过对比加入分析物前后荧光强度的变化、光谱位置的移动或荧光寿命的改变等实现对分析物的检测。在该类荧光化学传感器的设计中,必须充分考虑下列三个方面的因素。(ａ） 受体分子的荧光基团设计、合成:考虑到用于复杂环境体系的荧光检测，要求荧光基团要有强的荧光（高荧光量子产率，有利于提高检测的灵敏性）,Ｓｔｏｋｅs 位移要大（可有效消除常规荧光化合物如荧光素等具有的自猝灭现象)，荧光发射最好要在长波长区(最好位于5０0 nm 以上，可避免复杂体系的常位于短波长区的背景荧光的干扰,另外由于长波长区发射的荧光能量的降低可减少荧光漂白现象的发生而延长传感器的使用寿命）。(b) 受体分子的识别基团：受体分子的识别基团设计以软硬酸碱理论、配位作用以及超分子作用力(如氢键、范德华力等）作为理论指导,多选择含氮、硫、磷杂环化合物作为识别分子。(ｃ) 荧光超分子受体的组装:组装荧光超分子受体就是利用一个连接基将识别基团和荧光基团通过共价键连接在一起,要充分考虑到识别基团和荧光
传感器与检测技术 (一)选择题 1.※根据传感器的组成，能直接感受被测物理量的是（敏感元件） 2.※通过动态标定可以确定传感器的（固有频率） 3.※光导摄像管具有的功能是（光电转换功能、扫描功能、存贮功能） 4.※在人工视觉系统中，明亮度信息可以借助（A/D转换器） 5.※测量不能直接接触的物体的文档，可选用的温度传感器类型是（亮度式） 6.※实用化的水分传感器是利用被测物质的（电阻值）与含水率之间的关系实现水分含量 的测量。 7.※属于传感器静态特性指标的是（线性度）。 8.※传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（灵敏度越高）。 9.※红外光导摄像管上的红外图像所产生的温度分布在靶面上感应出相应的电压分布图 像的物理基础是（热电效应）。 10.※热电偶式温度传感器的T端称为工作端，又称（热端）。 11.※在典型噪声干扰抑制方法中，将不同信号线分开并且留有最大可能的空间隔离是为了 （克服串扰）。 12.※信号的方差大，表述信号的（波动范围大）。 13.※传感器输出量的变化△Y与引起此变化的输入量的变化量△X之比，称为（灵敏度） 14.※对传感器实施动态标定，可以确定其（幅频特性）。 15.※周期信号频谱不具有的特点是（发散性）。 16.※在传感器与检测系统中，如果被测量有微小变化，传感器就有较大输出，表明该传感 器的（灵敏度高） 17.※对传感器实施静态标定，可以确定其（线性度） 18.※下列传感器，不适合测量静态力的是（压电式压力传感器）。 19.※一般来说，压电式加速度传感器尺寸越大，其（固有频率越低） 20.※为了测量多点的平均温度，可以将同一型号的热电偶的同性电极参考端相（并联） 21.※对于信号x(t)和y(t)，若互相关系数P xy(t)=1，表明两信号（完全相关）。 22.※变磁通式速度传感器测转速时，若传感器转子的齿数越多，则输出的感应电动势的频 率（越高）
分子印迹技术的原理与研究进展 (08生微(1)班雷丽文 080548011) 摘要分子印迹是制备具有分子特异识别功能聚合物的一种技术，近年来，这项技术取得了重大的突破和进展，影响到社会多方面的领域。本文介绍了分子印迹技术的基本原理，综述了该技术在环境领域、农药残留检测应用、食品安全检测、药学应用的研究进展。 关键词分子印迹技术，分子印迹聚合物，基本原理，研究进展 1 前言 分子印迹技术是二十世纪八十年代迅速发展起来的一种化学分析技术，属于泛分子化学研究范畴，通常被人们描述为创造与识别“分子锁匙”的人工“锁”技术[1]。分子印迹技术也叫分子模板技术，最初出现源于20世纪40年代的免疫学[1]。分子印迹聚合物以其通用性和惊人的立体专一识别性，越来越受到人们的青睐。近年来，该技术已广泛应用于色谱分离、抗体或受体模拟、生物传感器以及生物酶模拟和催化合成等诸多领域，并由此使其成为化学和生物学交叉的新兴领域之一，得到世界注目并迅速发展。 2 分子印迹技术的基本原理 分子印迹技术是将要分离的目标分子作为模板分子，将它与交联剂在聚合物单体溶液中进行聚合制备得到单体、模板分子复合物，然后通过物理或化学手段除去模板分子，便得到“印迹”下目标分子的空间结构的分子印迹聚合物(MIP) ，在这种聚合物中形成了与模板分子在空间和结合位点上相匹配的具有多重作用位点的空穴，这样的空穴对模板分子具有选择性[11]。 目前，根据印迹分子与分子印迹聚合物在聚合过程中相互作用的机理不同，分子印迹技术分为两种基本类型： (1) 共价法(预组织法,preorganization)，主要由Wulff 及其同事创立。在此方法中，印迹分子先通过共价键与单体结合，然后交联聚合，聚合后再通过化学途径将共价键断裂而去除印迹分子[1]。使用的共价结合作用的物质包括硼酸酯、席夫碱、缩醛酮、酯和螯合物等[14]。其中最具代表性的是硼酸酯，其优点是能够生成相当稳定的三角形的硼酸酯，而在碱性水溶液中或在有氮(NH3、哌啶) 存在下则生成四角形的硼酸酯[1]。采用席夫碱的共价键作用也进行了广泛的研究。由于共价键作用力较强，在印迹分子自组装或识别过程中结合和解离速度较慢，难以达到热力学平衡，不适于快速识别，而且识别水平与生物识别相差甚远[13]。因此，共价法发展较为缓慢。
荧光示踪传感器工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
普罗名特荧光示踪传感器与PTSA荧光示踪剂 荧光示踪剂传感器应用原理：通过传感器二极管放射光照到含有荧光示踪剂的循环水中，激活水中荧光团，然后荧光团发出一种不同波长的荧光，这个传感器的光电二极管通过探测这些荧光来反馈PTSA浓度，探测范围0-300ppb。 产生荧光原理： 光照射到某些原子时，光的能量使原子核周围的一些电子由原来的轨道跃迁到了能量更高的轨道，即从基态跃迁到第一激发单线态或第二激发单线态等。第一激发单线态或第二激发单线态等是不稳定的，所以会恢复基态，当电子由第一激发单线态恢复到基态时，能量会以光的形式释放，所以产生荧光。 荧光是物质吸收光照或者其他电磁辐射后发出的光。大多数情况下，发光波长比吸收波长较长，能量更低。但是，当吸收强度较大时，可能发生双光子吸收现象，导致辐射波长短于吸收波长的情况发生。当辐射波长与吸收波长相等时，既是共振荧光。常见的例子是物质吸收紫外光，发出可见波段荧光，我们生活中的荧光灯就是这个原理，涂覆在灯管的荧光粉吸收灯管中汞蒸气发射的紫外光，而后由荧光粉发出可见光，实现人眼可见。 荧光相关参数 （1）激发光谱：激发光谱是指不同波长的激发引起发射出某一波长荧光的相对效率。 （2）发射光谱：又为荧光光谱，是分子吸收辐射后再发射的结果。 （3）荧光强度：荧光强度与该种物质的荧光量子产率、消光系数以及含量等因素有关。 （4）荧光量子产率Q：量子产率表示物质将吸收的光能转化为荧光
的本领，是荧光物质发出光子数与吸收光子数的比值。 （5）斯托克司(stokes)位移：斯托克司位移为最大荧光波长与最大激发波长之差。 （6）荧光寿命：当一束光激发荧光物质时，荧光物质的分子吸收能量后从基态跃迁到某一激发态，再以辐射的形式发出荧光回到基态，激发停止时，分子的荧光强度降低到激发时最大强度的1/e时所需的时间为荧光寿命。 PTSA荧光示踪剂：PTSA（对甲基笨磺酸），分子式：C7H8O3S ，分子量：，CAS号：104-15-4，外观：白色叶状或柱状结晶，熔点：106-107℃，沸点：140℃（），溶解性：易溶于水，溶于醇和醚，难溶于苯和甲苯,不溶于戊烷、己烷、庚烷等烷烃。该品有时以含1分子或4分子结晶水的形态存在。 PTSA荧光示踪剂的实际运用：通过传感器测得的荧光团浓度来反映水处理药剂中的荧光示踪剂浓度，由于在药剂复配过程中，荧光示踪剂在药剂中的比例是确定的，这样就可以确定水处理药剂在循环水中的浓度，实现了无磷药剂的精确监测。 1、测量稳定性、发光二极管的寿命
打印机传感器造成的故障与检测 随着现代办公自动化程度的提高，打印机已经成为一个不可缺少的角色，并且智能化程度也越来越高。其实，之所以能够实现打印智能化，一方面靠的是主控芯片，另一方面分布打印机各个重要部位的传感器也起到至关重要的作用，这些传感器负责向打印机及电脑反馈当前打印机的工作状态及错误信息，从而保证了打印机的正常工作。 传感器作为打印机的一个重要部件，由于它所配合的机构需要频繁地动作，加之打印机工作时产生的振动、不规范的操作、灰尘和打印过程中产生碎屑等的影响，常常会导致打印机内部传感器失效，使之不能正常传感打印机当前的工作状态，造成打印异常。 下面我们就以hp3748打印机为例，来给大家讲解一下打印机内部各种传感器的作用及其常见故障现象。 “工欲善其事，必先利其器”，先准备好工具：一把小内六角扳手，梅花口螺丝刀(图1)。准备好后就可以正式开工了！Let's Go! 图1一、门限传感器 门限传感器（图2）说通俗点就是一个弹簧开关，其作用是检查打印机上盖的开合状态。当打印机上盖关闭时，上盖的重量就会通过一根传动杆迫使传感器开关闭合，打印机进入正常工作状态。上盖打开时，在弹簧弹力作用下，传感器开关断开，同时其状态也被发送给打印机，打印机接收到信息后驱动喷头电机，
使之移动到更换墨盒的位置。因为这个传感器属于机械传感器，自身有一定的寿命，所以频繁地开合上盖，可能会导致传感器出现开路而损坏，从而使喷头始终处于墨盒更换位置，电源灯闪烁，电脑提示打印机上盖未关闭，引发打印机不能正常工作。如果传感器出现短路故障的话，虽然打印机能正常工作，但是我们打开上盖想更换墨盒时，喷头就不会移动，导致无法更换墨盒。
普罗名特荧光示踪传感器与PTSA荧光示踪剂 荧光示踪剂传感器应用原理：通过传感器二极管放射光照到含有荧光示踪剂的循环水中，激活水中荧光团，然后荧光团发出一种不同波长的荧光，这个传感器的光电二极管通过探测这些荧光来反馈PTSA浓度，探测范围0-300ppb。 产生荧光原理： 光照射到某些原子时，光的能量使原子核周围的一些电子由原来的轨道跃迁到了能量更高的轨道，即从基态跃迁到第一激发单线态或第二激发单线态等。第一激发单线态或第二激发单线态等是不稳定的，所以会恢复基态，当电子由第一激发单线态恢复到基态时，能量会以光的形式释放，所以产生荧光。 荧光是物质吸收光照或者其他电磁辐射后发出的光。大多数情况下，发光波长比吸收波长较长，能量更低。但是，当吸收强度较大时，可能发生双光子吸收现象，导致辐射波长短于吸收波长的情况发生。当辐射波长与吸收波长相等时，既是共振荧光。常见的例子是物质吸收紫外光，发出可见波段荧光，我们生活中的荧光灯就是这个原理，涂覆在灯管的荧光粉吸收灯管中汞蒸气发射的紫外光，而后由荧光粉发出可见光，实现人眼可见。 荧光相关参数 （1）激发光谱：激发光谱是指不同波长的激发引起发射出某一波长荧光的相对效率。
（2）发射光谱：又为荧光光谱，是分子吸收辐射后再发射的结果。 （3）荧光强度：荧光强度与该种物质的荧光量子产率、消光系数以及含量等因素有关。 （4）荧光量子产率Q：量子产率表示物质将吸收的光能转化为荧光的本领，是荧光物质发出光子数与吸收光子数的比值。 （5）斯托克司(stokes)位移：斯托克司位移为最大荧光波长与最大激发波长之差。 （6）荧光寿命：当一束光激发荧光物质时，荧光物质的分子吸收能量后从基态跃迁到某一激发态，再以辐射的形式发出荧光回到基态，激发停止时，分子的荧光强度降低到激发时最大强度的1/e时所需的时间为荧光寿命。 PTSA荧光示踪剂：PTSA（对甲基笨磺酸），分子式：C7H8O3S ，分子量：172.20，CAS号：104-15-4，外观：白色叶状或柱状结晶，熔点：106-107℃，沸点：140℃（2.67kPa），溶解性：易溶于水，溶于醇和醚，难溶于苯和甲苯,不溶于戊烷、己烷、庚烷等烷烃。该品有时以含1分子或4分子结晶水的形态存在。 PTSA荧光示踪剂的实际运用：通过传感器测得的荧光团浓度来反映水处理药剂中的荧光示踪剂浓度，由于在药剂复配过程中，荧光示踪剂在药剂中的比例是确定的，这样就可以确定水处理药剂在循环水中的浓度，实现了无磷药剂的精确监测。 1、测量稳定性、发光二极管的寿命
分子印迹聚合物的研究现状及展望 闻军 材料与化学工程学院化学工程与工艺7班，自贡 643000 摘要：分子印迹技术是一种制备具有分子识别功能的聚合物的新技术, 是在近十几年来才发展起来的一门边缘科学技术。现已应用于色谱分离、抗体和受体模拟物、固相萃取、生物传感器等领域分子印迹技术于近十年内得到了飞速的发展,已经成为当前研究的热点之一。本文回顾了分子印迹技术近十多年来的发展过程，总结了目前的研究现状，并展望了分子印迹技术未来的发展趋势。 关键词：分子印迹聚合物; 分子印迹；研究进展 引言 每年公开发表的论文数几乎直线上升。人们研究分子印迹聚合物(也叫分子烙印聚合物，（molecularly imprinted polymers, MIP s)的历史由来已久，可以追溯到上个世纪。1940 年，Pauling 就提出以抗原为模板来合成抗体的设想，这是对分子印迹技术(即分子烙印技术，（molecule imprinting technology, MIT)的最初描述。目前主要从事, 研究工作的国家有瑞典、日本、德国、美国、英国、中国等十多个国家。国内主要研究单位有大连化物所、南开大学、兰州化物所、上海大学、军事科学院毒物所、湖南大学、东南大学、防化研究院等。之所以发展如此迅速，主要是因为它有三大特点：即预定性、识别性和实用性。由于mips具有抗恶劣环境的能力，表现出高度的稳定性和长的使用寿命等优点，因此，它在许多领域，如色谱中对映体和异构体的分离、固相萃取、化学仿生传感器、模拟酶催化、临床药物分析、膜分离技术等领域展现了良好的应用前景。近年来，已有一些文献介绍了这方面的理论和最新研究成果[1-2].本文通过对这十几年的论文 的回顾，并对该领域未来的发展方向作出展望，旨在引起国内分析化学工作者对该领域研究的关注，以便更快地赶上国际先进水平。 1.1分子印迹技术的基本概念和原理 在生物体内，分子复合物的形成通常需要借助非共价键（氢键，范德华力，离子键等）相互作用。虽然单个非共价键比单个共价键键能低，但多重非共价键的藕合和多个作用位点的协同则会形成很强的相互作用，从而使复合物具有很高的稳定性。由Pauling抗体形成理论出发，当模板分子与聚合物单体接触时会尽可能地同单体形成多重作用点，如果通过聚合，把这些多重作用点固定或“冻结”下来，当模板分子除去后，聚合物中就形成了与模板分子在空间和结合位点上相
红外传感器及其应用 班级：****** 姓名：****** 学号：******
机电工程学院 目录 1.什么是红外线 (1) 2.什么是红外传感器 (1) 3.红外传感器的工作原理 (1) 4.红外传感器的分类 (3) 5.红外传感器的应用 (3) 6.红外传感器的发展前景 (5)
前言 在科技高度发达的今天，自动控制和自动检测在人们的日常生活和工业控制所占的比例也越来越重，使人们的生活越来越舒适，工业生产的效率越来越高。而传感器是自动控制中的重要组成部件，是信息采集系统的重要部件，通过传感器将感受或响应的被测量转换成适合输送或检测的信号（一般为电信号），再利用计算机或者电路设备对传感器输出的信号进行处理从而达到自动控制的功能，由于传感器的响应时间一般都比较短，所以可以通过计算机系统对工业生产进行实时控制。红外传感器是传感器中常见的一类，由于红外传感器是检测红外辐射的一类传感器，而自然界中任何物体只要其稳定高于绝对零度都将对外辐射红外能量，所以红外传感器称为非常实用的一类传感器，利用红外传感器可以设计出很多实用的传感器模块，如红外测温仪，红外成像仪，红外人体探测报警器，自动门控制系统等。在我们日常的生活中红外线传感器也是非常的常见，比如我们生活中的各种遥控器，以及电脑使用的鼠标等等，都用到了红外线传感器，所以红外线传感器在先到生活中是不可或缺的一种产品。
1.红外线简介 我们都知道，光有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这些都是我们用肉眼可以看得见的光，红外光是居这些可见光之外的一种光。红外线就是这种不可见光，实质上是一种电磁波，也称红外热辐射。太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.75～1.50μm之间；中红外线，波长为1.50～6.0μm之间；远红外线，波长为6.0～l000μm之间。所有的物体都会发出红外线，都会产生红外辐射，甚至有些动物就是靠红外线来识别物体。 现在提到红外线，我们首先想到就是他的应用。利用它肉眼看不到而戴上特殊的镜片就能看到的特点被广泛应用与军事中，如红外夜视仪、狙击步枪的瞄准镜等，当然生活中到处也都用到红外线，我们常用的遥控器、甚至有些防盗门等等。 2.什么是红外传感器 红外线传感器就是利用所有物体都会产生红外辐射的特性，以及红外光的反射、折射、散射、干涉、吸收等性质，实现自动检测的传感器。 红外传感器是将红外辐射能转换成电能的一种光电器件，通常称为红外探测器。常见的红外传感器有两类:热探测器和光子探测器。 3.红外传感器的工作原理 因为红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，红外辐射的能量就越强。研究发现，太阳光谱各种单色光的热效应从紫色光到红色光是逐渐增大的，而且最大的热效应出现在红外辐射的频率范围内，因此人们又将红外辐射称为热辐射或热射线。
电喷发动机传感器检测大全 日期: 2010-3-27 23:15:44浏览: 416来源: 学海网收集整理作者: 未知 在现代汽车上，传感器的使用越来越普遍，为了方便维修人员对发动机的检修，现将发动机上常见的十几种传感器的检测方法介绍如下。 进气歧管压力传感器 进气歧管压力传感器，是D型（速度密度型）燃油喷射系统中非常重要的传感器，其作用是将进气歧管内的压力变化转换成电压信号。控制电脑（ECU）依据该信号和发动机转速（由装在分电器内的发动机转速传感器提供的信号）来确定进入汽缸内的空气量。 1、安装部位与接线端子 由于歧管压力传感器内部有放大电路，故需要电源线、地线和信号输出线共三根导线，它们相应地在接线端子上有三个接线端，分别为电源端子（Vcc）、接地端子（E）和信号输出端子（PIM），三个端子通过导线连接器及导线与控制电脑ECU相连。 为了减少进气歧管压力传感器内部电子元器件的振动，它通常安装在车辆振动相对较小的位置上，并处于进气总管的上方，以防来自进气歧管的窜气侵入压力传感器。另外进气歧管压力传感器从下边接受进气管压力也可防止信号传感部分不受污染，因此，通过橡胶管从进气歧管靠近节气门处所采集的进气管气体，是从歧管压力传感器下端接入的。 2、单体检测 （1）外观检视 检视时，只需从进气歧管靠近节气门端找到橡胶软管，便可在汽车上找到歧管压力传感器。首先，在关闭点火锁的状态下，检查进气歧管压力传感器导线连接器的连接是否良好、橡胶软管是否脱落。然后启动发动机，查看橡胶软管有无密封不严和漏气现象。 （2）仪表测试 A、接通点火开关（ON位），用万用表的直流电压挡（DCV-20）测试接线端子Vcc与E2之间的电压值，该电压值即为ECU加在歧管压力传感器上的电源电压值，其正常值应为：4.5～5.5V之间，若该值不正确，则应检查蓄电池电压或导线间的连接情况，有时问题也可能出在控制电脑ECU上。 B、接通点火开关（ON位），并从进气歧管压力传感器上拔下真空橡胶软管，使进气歧管压力传感器的进气口与大气相通，此时测试接线端子输出电压信号（PIM与地线E2之间的电压值），其正常值为：3.3～3.9V之间，若输出电压过高或过低，均说明进气歧管压力传感器有故障，应予更换。 C、接通点火开关（ON位），拆下进气歧管压力传感器上的真空橡胶软管，用手持真空泵向歧管压力传感器进气口处施以不同的负压（真空度），边施压边测试接线端子输电压信号PIM与地线E2之间电压值。该电压值应随所施加负压的增长呈线性增长，否则，说明传感器内的信号检测电路有故障，应予以更换。例如皇冠3.0型轿车2JZ-GE发动机有关正常数据如下表所示：
．热敏电阻按半导体电阻和温度地特性关系可分为三种：一、负温度系数热敏电阻；二、正温度系数热敏电阻；三、临界温度热敏电阻. ．热敏铁氧体温度传感器由强磁材料制成. ．水温传感器大多用负温度系数热敏电阻制成. ．进气温度传感器在型系统中被安装在空气滤清器之后地进气软管上；在型系统中被安装在空气流量计；第三种被安装在进气压力传感器内.个人收集整理勿做商业用途 ．车内空气温度传感器有两个，一个安装在驾驶室内仪表板下；另一个安装在后挡风玻璃下. 废气再循环系统主要是为了减少汽车尾气中地含量. ．读取故障码地方法有两种方法，一、人工读取；二、专用仪器. ．双金属片气体温度传感器用于检测进气温度，并通过真空膜片控制冷空气和热空气地混合比例. ．空气流量传感器用来检测发动机进气量地传感器，并将其转换为电信号输入电子控制单元，以供计算喷油量和点火时间. 个人收集整理勿做商业用途 ．叶片式空气流量传感器由空气流量计和电位计组成. ．空气流量传感器中有一个油泵开关，来控制燃油地喷射. ．空气流量计内地进气温度传感器是为进气量作温度补偿. ．叶片式空气流量传感器叶片完全关闭时，触点应处于断开状态，电阻值应为无穷大. ．叶片式空气流量传感器叶片稍微摆动时，触点应处于闭合状态，电阻值应为 . ．涡流式空气流量传感器地工作原理是在进气道内放置一个三角形或流线型涡流发生器.个人收集整理勿做商业用途 ．涡流式空气流量传感器测量漩涡数量地方法有声波测量法和反光镜测量法两种.个人收集整理勿做商业用途 ．涡流式空气流量传感器地检测内容主要是测量各端子电阻和电压值.个人收集整理勿做商业用途 ．热线式空气流量传感器按其热线安装位置地不同可分为主流测量法和旁通测量法两种.个人收集整理勿做商业用途 ．热线式空气流量传感器是利用热线与空气之间地热传递现象进行空气质量、流量测定. ．热线式空气流量传感器还有自洁功能，当发动机熄火时，电路会把热线自动加热，以清洁流量计.．进气歧管绝对压力传感器地功能是根据发动机地负荷状况检测出进气歧管内压力地变化. ．进气压力传感器按信号产生地原理可分为电压型和频率型两种. ．半导体压敏电阻式压力传感器是利用半导体地压敏效应制成地. ．半导体压敏电阻式压力传感器薄膜周围有四个应变电阻，以电桥方式连接.个人收集整理勿做商业用途 ．真空膜式进气压力传感器将膜盒地机械运动变换成电信号输出，可用、和差动变压器三种装置. ．可变电感式进气压力传感器中由振荡器输出地交变电压通过线圈，由作用而使线圈产生电压.个人收集整理勿做商业用途 ．差动变压器式进气压力传感器主要由、铁心及电路组成.个人收集整理勿做商业用途 ．差动变压器式进气压力传感器有两个线圈，一个与振荡电路连接，产生；另一个为感应线圈，产生.个人收集整理勿做商业用途 ．进气压力传感器是用电源工作，所以检查时不要拔下电源线插头. ．对进气压力传感器进行检测时应对电压和电压进行检查.个人收集整理勿做商业用途 ．发动机怠速运转时，进气歧管内地压力变，真空度变.
1.Fluo-3 AM （钙离子荧光探针） 原理Fluo-3 AM是一种可以穿透细胞膜的荧光染料。Fluo-3 AM的荧光非常弱，进入细胞后可以被细胞内的酯酶剪切形成Fluo-3，从而被滞留在细胞内，和细胞内游离 的钙离子结合，结合钙离子后可以产生较强的荧光。 生理意义细胞内钙离子增多是细胞损伤的结果，因此此探针能表征细胞损伤程度 激发波长506nm 发射波长526nm （绿色） 备注推荐使用 2.Mag-fura-2 AM（钙离子荧光探针） 原理Fura-2 AM是一种可以穿透细胞膜的荧光染料。Fura-2 AM进入细胞后可以被细胞内的酯酶剪切形成Fura-2，从而被滞留在细胞内。Fura-2可以和钙离子结合，结合 钙离子后在330-350nm激发光下可以产生较强的荧光，而在380nm激发光下则会 导致荧光减弱。这样就可以使用340nm和380nm这两个荧光的比值来检测细胞内 的钙离子浓度，可以消除不同细胞样品间荧光探针装载效率的差异，荧光探针的渗 漏，细胞厚度差异等一些误差因素。 生理意义细胞内钙离子增多是细胞损伤的结果，因此此探针能表征细胞损伤程度 激发波长为340nm和380nm 发射波长510nm （蓝色） 备注仪器滤光片不适用 3Fluo-4-AM （钙离子荧光探针） 原理Fluo 4 是一种将Fluo 3结构中的Cl替换成F的钙荧光探针。由于将Cl替换成了电子吸引力更强的F，它的最大激发波长会向短波长处偏离10 nm左右。所以用氩 激光器激发时，Fluo 4的荧光强度比Fluo 3强1倍。由于Fluo 4与钙离子的亲和力 和Fluo 3近似，所以使用上和Fluo 3也基本相同 生理意义细胞内钙离子增多是细胞损伤的结果，因此此探针能表征细胞损伤程度 激发波长494nm 发射波长516nm （绿色） 备注用激光器激发时荧光强度强，因此不推荐 4.DCFH-DA （活性氧荧光探针） 原理DCFH-DA本身没有荧光，可以自由穿过细胞膜，进入细胞内后，被细胞内的酯酶水解生成DCFH。而DCFH不能通透细胞膜，从而使探针很容易被装载到细胞内。细胞内的活性氧可以氧化无荧光的DCFH生成有荧光的DCF。 生理意义检测细胞内活性氧表征细胞损伤程度 激发波长485nm 发射波长520nm （绿色） 备注推荐使用 5.DHR 123 （活性氧荧光探针） 原理本身无荧光, 在超氧化酶存在时可被过氧化氢(H2O2)氧化, 转变成发射绿色荧光的罗丹明123 (Rhodamine 123), 因此广泛应用于检测细胞内活性氧(ROS), 如过氧化物, 次氯酸和过氧亚硝基阴离子等。 生理意义检测细胞内活性氧表征细胞损伤程度 激发波长507nm 发射波长529nm （绿色） 备注氧化后成罗丹明123，荧光强度可能受到线粒体膜电位的影响 6.RhodamineI23 （线粒体膜电位荧光探针） 原理细胞膜通透的阴离子绿色荧光染料, 能够迅速被活线粒体摄取, 而无细胞毒性。 生理意义标记线粒体膜电位 激发波长488nm 发射波长515 ~ 575nm （绿色） 生理意义检测线粒体膜电位
实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，英电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描 述电阻应变效应的关系式为： △R/R=K￡ 式中AR/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，t =Al/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，输出电压UO=EK￡（E为供桥电压），对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EK e /4o （E为供桥电压）。 三、器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、磁码（每只约20g）、数显表、±15V电 源、±4V电源、万用表（自备）。 四、实验步骤： 1、根据图（1-1）,应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板左上方的 Rl、R2、R3、R4标志端。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=35OQ,加热丝阻值约为50Q左右。 应变片托盘 图1-1应变式传感器安装示意图 2、实验模板差动放大器调零，方法为:①接入模板电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上 主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调丹到大致中间位置，②将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱而板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4,使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档），完毕关闭主控箱电源。3、参考图（1-2）接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电 桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7在模块已连接好），接好电桥调零电位器Rwl,接上桥路电源±4V（从主控箱引入），检査接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调VTRwl，再细调RW4使数显表显示为零。
1.3荧光分子探针识别机理 1.3.1光诱导电子转移[4,12](Photoinduced Electron Transfer,PET) 典型的PET体系是由包含电子给体的识别基团部分R(reseptor)，通过一间隔基S(space)和荧光团F(fluorophore)相连而构建。其中荧光团部分是光能吸收和荧光发射的场所，识别基团部分则用于结合客体，这两部分被间隔基隔开，又靠间隔基相连而成一个分子，构成了一个在选择性识别客体的同时又给出光信号变化的超分子体系。PET荧光探针中，荧光团与识别基团之间存在着光诱导电子转移，对荧光有非常强的淬灭作用，因此在未结合客体之前，探针分子不发射荧光，或荧光很弱，一旦识别基团与客体相结合，光诱导电子转移作用受到抑制，甚至被完全阻断，荧光团就会发射出强烈荧光（图1-1）。PET荧光探针作用机制可由前线轨道理论来说明（图1-2）。由于与客体结合前后，荧光强度差别非常大，呈明显的“关”、“开”状态，因此这类探针又被称做荧光分子开关。 图1-1 PET荧光探针的一般原理图LUMO 图1-2 PET荧光探针的前线轨道原理图 已报道的PET荧光分子探针中，多数都是以脂肪氨基或氮杂冠醚作为识别基团。de Silva 研究小组利用多种荧光团设计了大量该类PET探针用于氢质子、碱金属阳离子识别。化合物1是一个简单的PET荧光分子探针，在甲醇中和K+络合后，荧光量子产率从0.003增加至0.14。钱旭红等设计的PET荧光探针（化合物2），对氢质子有很好的识别作用，已被Molecular Probe公司推广为细胞内酸性内酯质探针。de Silva研究小组利用类似于EDTA
基于电聚合技术的新型分子印迹传感器的研究和应用 作为传感器中最重要的研究方向之一，分子印迹电化学传感器的研究在近十年中取得了巨大进展。分子印迹聚合物膜在电化学转换器表面的固定化方法有涂膜法、原位引发聚合法和电化学聚合法等，其中电化学聚合法因具有制备简单、膜厚可控、膜与电极附着力强、重现性好等优点而成为非常有潜力的制备方法。 本研究采用电化学聚合技术，分别基于分子间力和共价键力构建了五种新型的分子印迹电化学传感器。基于分子间力的印迹传感器的制备是以含有双官能团的邻苯二胺为单体，以分子量相当但含羟基个数不同的三氯生、己烯雌酚、沙丁胺醇为模板分子，探讨分子中羟基的个数对于印迹效应的影响；此外，为增强传感器的灵敏度，于电极表面引入纳米材料，采用对比实验证实了碳纳米管的增敏效应。 基于共价键力的印迹传感器的制备是以含有双官能团的间氨基苯硼酸为单体，以邻二醇类物质多巴胺为模板，构建具有特异识别功能的新型传感器。论文的主要创新性工作如下： 1. 综述了基于电化学聚合技术的分子印迹传感器的主要研究现状，对电聚合膜制备过程中单体的选择、模板的去除以及电聚合分子印迹膜在传感器领域的应用进行了重点评述，对其不足及未来的发展进行了讨论。 2. 以具有双官能团的邻苯二胺为单体，以含一个羟基的三氯生为模板，基于分子间的相互作用力，采用电聚合法制备了三氯生分子印迹电化学传感器。用 QCM( QuartzCrystal Microbalance )技术测量了膜的厚度，测定的膜厚为纳米级。 探索了聚合介质、聚合电位、聚合扫描圈数、模板去除方式对印迹电极性能的影响。三氯生分子含一个羟基官能团，与聚合物骨架的氢键力较弱，模板容易 被洗脱，用0.10mol/L NaOH 溶液洗脱10min 时即可去除模板。
《荧光分析法》课程论文
赵劲松 200425135
基于激发态过程机理的荧光传感器及离子识别
赵劲松 200425135
摘要：荧光化学传感器融合了超分子化学、光物理化学、有机合成化学的研究内 容，由于其具备荧光分析法的高灵敏度特点而引起人们的普遍关注。不同的荧光 传感机理被应用到传感器的设计上，以适应不同的传感体系。本文综述了几种激 发态过程的荧光传感机理并介绍其在离子识别中的应用。
关键词：荧光化学传感器 光物理 传感机理 离子识别
一、前言
分子识别是超分子化学研究的核心内容之一，最初是由有机化学家和生物化 学家在分子水平上模拟天然化合物所提出。分子识别是指主体（受体）对客体（底 物）选择性结合并产生某种特定功能的过程，维系分子间的作用力是几种弱相互 作用力（非共价键）的协同作用。分子识别可分为离子客体的识别和中性分子的 识别。当客体与受体的识别基团结合时，诱导受体的物理或化学性质发生改变， 转换为可检测的宏观信号：如 NMR 中的化学位移变化、光学信号（吸光度或荧 光）的变化以及电位的变化等，此过程即为传感。
化学传感器是一类转换器，可选择性地将分析对象的信息(如酸度、浓度、粘 度、化学或生物物种等)转变为分析仪器易测量的物理信号。目前，电化学与光 化学传感器是两个活跃的研究领域。得益于现代电子技术的发展，电化学传感器 出现较早，该领域的研究十分活跃，新技术新方法不断出现；光化学传感器的出 现相对较晚，然而该研究领域所独具的应用性为其发展提供了便利条件，因此迅 速成为现代分析化学的前沿研究领域之一。由于荧光内在的高灵敏度、可实时检 测及可实现远程检测等优越性，其在分子识别与传感中得到蓬勃发展。
与其它化学传感器相似，荧光传感器包含两个单元：一是识别基团，另一是 荧光团。二者可由联接臂相联或直接相联在同一共轭体系中。分析对象被识别时， 荧光团内在的光物理特性被影响，荧光信号的输出形式发生改变，例如荧光峰值 位置的移动，荧光量子产率的涨落，荧光寿命的变更，荧光偏振的改变以及新荧 光峰的出现等。因此荧光团可起信息转化的作用，即将识别信息转化为光学信号，
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分子印迹技术在环境科学领域中的应用研究 分子印迹技术(MIT)是一门新兴的边缘科学技术,它的产生与发展将为环境科学的发展开辟又一领域。近年来,关于MIT的报道越来越多,国外已有学者开始研究MIT在环境科学领域的应用,国内对MIT在环境科学领域的应用研究还处于起步阶段。本文综述了现阶段国内外关于MIT在环境科学领域中的应用。 1 MIT的产生与发展 MIT的出现源于免疫学的发展。早在20世纪40年代,Pauling[1]在研究抗体抗原的相互作用时提出了以抗原为模板合成抗体的理论,这是对MIT最初的描述。1949年Dickey首先提出了分子印迹的概念[2],但在很长时间内没有引起世人的重视,直到1972年由德国HeinrichHeine大学的Wulff等[3]首次报道人工合成有机分子印迹聚合物(MIPs)之后,这项技术才逐渐为人们所认识;1993年瑞典Lund大学的Vlatakis等[4]在《Nature》上发表有关茶碱MIPs的研究报道后,使其成为化学和生物学交叉的新兴领域之一,这项技术才在近十几年内得到了蓬勃发展。1997年在瑞典Lund大学成立了国际性的分子印迹协会(SMI),目前有100个以上的学术机构和企事业团体在从事MIT的研究及开发工作,主要集中在瑞典、美国、德国、日本、英国、法国、中国等十多个国家。MIPs的早期应用研究主要集中在手性物质拆分和底物选择性分离、固相萃取、化学和生物传感器、模拟抗体、不对称催化和酶模拟催化及药物、毒素、杀虫剂、食物组分等的检测上,最近对MIPs的研究还涉及到一些新的应用领域,特别是在仿生传感器、毛细管电色谱、低浓度分析物的富集、控制化学反应过程、副产物的提纯等方面发展较快。 2 MIT的基本原理及特点 MIT是指为获得在空间和结合位点上与某一分子(模板分子或称印迹分子)完全匹配的聚合物的制备技术。MIT一般包括3个步骤[5]:(1)在一定溶剂(也称致孔剂)中,模板分子(印迹分子,TM)与具有适当功能基的功能单体(FM)依靠官能团之间的共价或非共价作用形成单体-模板分子复合物;(2)加入交联剂,通过引发剂引发进行光或热聚合,使单体-模板分子复合物与交联剂通过自由基共聚合在模板分子周围形成高交联的刚性聚合物;(3)将聚合物中的模板分子洗脱或解离出来,这样在聚合物中便留下了一个与模板分子在空间结构上完全匹配、并含有与模板分子特异性结合的功能基的立体空穴。这个立体空穴的空间结构和功能单体的种类是由模板分子的结构和性质决定的。由于用不同的模板分子制备的MIPs具有不同的结构和性质,一种MIPs只能与一种分子结合,也即MIPs对该模板分子具有选择性结合作用。这便赋予该聚合物特异的记忆功能,即类似生物自然的识别系统。MIPs具有亲和性和选择性高、抗恶劣环境能力强、稳定性好、使用寿命长、应用范围广等特点。 3 MIT在环境科学领域的应用 3.1 MIT在固相萃取中的应用 由于MIT的出现,可以用固相萃取(试样富集)代替溶剂萃取,并且可利用MIPs选择性富集目标分析物。MIPs既可以在有机溶剂中使用,在优化条件下又可在水溶液中使用,与其他萃取过程相比,具有独特的优点。另外,由于MIPs的良好特性,它在极端环境(有机溶剂、强酸、