具体描述
《化学传感器在环境监测中的应用》 内容简介 本书深入探讨了化学传感器在当代环境监测领域中的关键作用和广泛应用。随着全球环境问题的日益严峻，对污染物的实时、准确、高效监测需求愈发迫切。化学传感器作为一种能够将化学信号转化为可测量电信号的装置，为解决这一挑战提供了革命性的解决方案。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解化学传感器的基本原理、设计方法、性能评价以及在水体、大气、土壤等多种环境介质中污染物的检测应用。 第一章：化学传感器的基本原理与发展历程 本章将从最基础的层面开始，阐述化学传感器的核心工作原理。我们将详细介绍不同类型的化学传感机制，包括但不限于： 电化学传感： 重点阐述离子选择性电极（ISE）、pH电极、伏安传感器、安培传感器等的工作原理。解释电荷转移、氧化还原反应、电化学阻抗等在信号产生中的作用。 光学传感： 涵盖比色传感器、荧光传感器、表面等离子共振（SPR）传感器、光纤传感器等。讲解光信号的吸收、发射、散射、折射等与目标物浓度或性质的关联。 质量敏感型传感： 介绍石英晶体微天平（QCM）、表面声波（SAW）传感器等，重点阐述质量变化如何影响传感器的谐振频率或声波传播。 热学传感： 探讨基于热效应的传感器，如热敏电阻、热电偶等，以及它们在检测化学反应热量变化中的应用。 此外，本章还将回顾化学传感器技术的发展历程，从早期的简单指示剂到如今高度集成化、微型化、智能化的先进传感器系统。我们会讨论关键的技术突破，如材料科学的进步、微纳加工技术的成熟以及信息处理技术的融合，如何推动了化学传感器性能的飞跃。 第二章：化学传感器的设计与构建 本章将聚焦于化学传感器的实际设计与构建过程。一个成功的化学传感器需要精确的材料选择、精巧的结构设计和可靠的信号读取系统。我们将深入探讨： 识别层（Recognition Layer）的设计： 这是传感器与目标物发生特异性相互作用的核心。我们将介绍各种识别材料，包括： 有机分子： 冠醚、杯芳烃、分子印迹聚合物（MIPs）等，它们如何通过主客体识别、氢键、π-π堆积等实现选择性吸附。 生物分子： 酶、抗体、核酸适配体等，利用其高度的特异性和亲和力实现对特定物质的检测。 无机材料： 金属氧化物、纳米材料（如碳纳米管、石墨烯、量子点）、金属有机框架（MOFs）等，它们如何通过表面吸附、催化反应或电子传输实现传感。 信号转换机制（Transduction Mechanism）： 讨论如何将识别层发生的化学或物理变化转化为可测量的电学、光学或质量信号。我们将详细解析不同传感机制下的信号转换细节。 器件结构与集成： 介绍微流控技术、MEMS（微机电系统）技术在传感器微型化和集成化中的应用。讨论如何优化传感器电极、响应区域、流通池等结构以提高灵敏度和响应速度。 数据处理与分析： 简述信号预处理、校准、数据拟合等在提高测量准确性中的重要性。 第三章：化学传感器的性能评价指标 为了科学地评估和比较不同化学传感器的性能，本章将详细介绍其关键评价指标： 灵敏度（Sensitivity）： 定义为传感器输出信号变化与目标物浓度变化的比例。我们将讨论如何通过改变识别层、工作电位等参数来提高灵敏度。 选择性（Selectivity）： 指传感器对目标物的响应程度远大于对其他干扰物的响应程度。我们将探讨抗干扰策略，如使用特异性识别材料、多传感器阵列协同工作等。 检测限（Limit of Detection, LOD）： 测定目标物的最低浓度，在该浓度下传感器输出信号与噪声水平的差异能够显著区分。 响应时间（Response Time）与恢复时间（Recovery Time）： 衡量传感器对目标物浓度变化的快速反应能力和从检测状态恢复到基线状态的速度。 稳定性（Stability）： 包括长期稳定性（在连续使用或储存过程中性能的变化）和短期稳定性（在一次测量过程中的波动）。 重复性（Repeatability）与重现性（Reproducibility）： 评估传感器在相同条件下多次测量结果的一致性以及在不同条件或不同传感器上的测量一致性。 工作范围（Working Range）： 传感器能够进行可靠测量的目标物浓度区间。 鲁棒性（Robustness）： 传感器在实际应用环境（如温度、湿度、pH值变化）下的稳定性和性能保持能力。 第四章：化学传感器在水环境监测中的应用 水体是生命之源，其污染直接威胁人类健康和生态平衡。本章将详细阐述化学传感器在各类水环境监测中的具体应用： 饮用水安全监测： 检测重金属离子（如铅、镉、汞、砷）、消毒副产物（如卤代甲烷）、有机污染物（如农药、内分泌干扰物）、微生物指标等。 地表水与地下水监测： 监测工业废水、农业面源污染（如硝酸盐、磷酸盐、农药残留）、生活污水等对水体的污染。 海洋环境监测： 检测海洋酸化指标（pH值、溶解氧）、富营养化物质、石油污染物、重金属等。 过程控制与预警： 在污水处理厂、自来水厂等环节，实时监测水质参数，优化工艺，及时预警污染事件。 便携式与现场监测： 介绍用于野外采样、应急响应的便携式传感器系统，实现快速、就地检测。 第五章：化学传感器在空气质量监测中的应用 空气污染是全球面临的重大挑战之一。化学传感器在空气质量监测中扮演着至关重要的角色： 大气污染物检测： 重点介绍对以下污染物的传感器应用： 气体污染物： 二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）、硫化氢（H2S）、挥发性有机化合物（VOCs）等。 颗粒物（PM）： 纳米和微米级颗粒物的传感器监测技术。 有害气体： 氨气（NH3）、氯气（Cl2）、氰化氢（HCN）等。 室内空气质量监测： 检测甲醛、苯、氡气等室内装修和生活产生的有害物质。 工业排放监测： 实时监测工厂烟囱、排气口的污染物排放，确保符合环保法规。 区域空气质量网络： 构建集成的空气质量监测网络，为大气污染的预测和治理提供数据支持。 个人暴露监测： 开发可穿戴传感器，用于评估个体暴露于空气污染物的水平。 第六章：化学传感器在土壤与食品安全监测中的应用 土壤是重要的自然资源，食品安全关系到国计民生。化学传感器在这些领域也展现出巨大的应用潜力： 土壤质量监测： 重金属污染： 检测土壤中的铅、镉、汞、砷等重金属含量。 农药与化肥残留： 监测土壤中农药、化肥的残留量，评估其对土壤生态的影响。 pH值与养分含量： 实时监测土壤的酸碱度、氮磷钾等关键养分含量，为精准农业提供指导。 食品安全监测： 食品添加剂与非法添加物： 检测苏丹红、三聚氰胺、瘦肉精等非法添加物。 农药与兽药残留： 快速检测食品中的农药、兽药残留。 致病菌与生物毒素： 开发用于检测沙门氏菌、金黄色葡萄球菌等致病菌以及黄曲霉毒素等生物毒素的传感器。 新鲜度与变质检测： 通过检测挥发性化合物等指标，评估食品的新鲜度和变质程度。 过敏原检测： 针对常见的食物过敏原，开发特异性传感器。 第七章：化学传感器的新兴技术与未来展望 本章将探讨化学传感器领域的前沿技术和未来发展趋势： 物联网（IoT）与智能传感器： 探讨如何将化学传感器与物联网技术相结合，构建智能传感网络，实现数据的无线传输、远程监控和智能化分析。 微型化与可穿戴传感器： 介绍微流控、微纳加工技术在传感器小型化、低功耗化方面的进展，以及可穿戴传感器在健康监测、个人环境监测中的潜力。 人工智能（AI）与机器学习： 阐述如何利用AI和机器学习技术，对传感器采集的海量数据进行深度分析，提高检测精度，实现故障诊断和性能优化。 新型传感材料的开发： 介绍二维材料（如MXenes）、MOFs、纳米酶等新型材料在提升传感器性能方面的研究进展。 多模式传感与传感器阵列： 探讨如何结合多种传感原理或构建多元素传感器阵列，实现对复杂样品的多维度、高选择性分析。 现场即时诊断（Point-of-Care Testing, POCT）与疾病筛查： 展望化学传感器在快速、便捷的疾病早期诊断与筛查中的应用前景。 环境可持续性与绿色传感： 关注传感器的环保设计、低能耗以及材料的可回收性。 本书结构清晰，语言严谨，理论阐述深入浅出，并结合了大量实际应用案例，力求为环境科学、化学工程、材料科学、生物技术等领域的科研人员、工程师、研究生以及对环境监测技术感兴趣的读者提供一份宝贵的参考资料。通过阅读本书，读者将能够深刻理解化学传感器技术在解决环境问题、保障人类健康和可持续发展中的核心价值。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 book.quotespace.org All Rights Reserved. 小美书屋 版权所有