分析儀器中常用的傳感器

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1、第二章 分析儀器中常用的傳感器,傳感器的引入,人通過五官（視、聽、嗅、味、觸）接受外界的信息，經(jīng)過大腦的思維（信息處理），作出相應(yīng)的動(dòng)作。 而用計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化裝置來代替人的勞動(dòng)，則可以說電子計(jì)算機(jī)相當(dāng)于人的大腦（一般俗稱電腦），而傳感器則相當(dāng)于人的五官部分（“電五官” ）。,身體與機(jī)器人的對應(yīng)關(guān)系,傳感器是獲取自然領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。,,一、傳感器的作用 傳感器實(shí)際上是一種功能塊，其作用是將來自外界的各種信號轉(zhuǎn)換成電信號。,傳感器的作用和重要性,,傳感器所檢測的信號進(jìn)來顯著地增加，因而其品種也極其繁多。為了對各種各樣的信號進(jìn)行檢測、控制，就必須獲得盡量簡單易于處理的信號，這樣的要求

2、只有電信號能夠滿足。電信號能較容易地進(jìn)行放大、反饋、濾波、微分、存貯、遠(yuǎn)距離操作等。,,總結(jié)： 因此作為一種功能塊地傳感器可狹義的定義味：“將外界的輸入信號變換為電信號的一類元件?！比缦聢D所示：,,二、傳感器的重要性 作為人腦的一種模擬的電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展極為迅速，可是起五種感覺模擬作用的傳感器卻發(fā)展很慢，因而如果不進(jìn)行傳感器的開發(fā)，現(xiàn)在的電子計(jì)算機(jī)將不能適應(yīng)實(shí)際需要。現(xiàn)代社會(huì)要求傳感器、電子計(jì)算機(jī)和執(zhí)行器三者都能相互協(xié)調(diào)才行。 這樣，傳感器就成了現(xiàn)代科學(xué)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，它日益受到人們的普遍重視，這已成為現(xiàn)代傳感器技術(shù)的必然趨勢。,,三、傳感器的應(yīng)用： 傳感器技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化、軍事國防和以宇宙開

3、發(fā)、海洋開發(fā)為代表的尖端科學(xué)與工程等重要領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。 同時(shí)，它正以自己的巨大潛力，向著與人們生活密切相關(guān)的方面滲透；生物工程、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、安全防范、家用電器、網(wǎng)絡(luò)家居等方面的傳感器已層出不窮，并在日新月異地發(fā)展。,,一、傳感器的定義 定義： 能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。,傳感器的定義和組成,,傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。 其包含一下幾個(gè)方面的意思： 傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù) 它的輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等,,輸出量是某種物理量，這種量要便于

4、傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，這種量可以是氣、光、電，但主要是電量。 輸入輸出有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確度。,,二、傳感器的組成 傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成：,,敏感元件（Sensitive element）：直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。 轉(zhuǎn)換元件（Transduction element）：以敏感元件的輸出為輸入，把輸入轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)。 轉(zhuǎn)換電路（Transduction circuit）：將轉(zhuǎn)換電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。,,有些傳感器很簡單，僅由一個(gè)敏感元件（兼作轉(zhuǎn)換元件）組成，它感受被測量時(shí)直接輸出電量。如熱電偶。 有

5、些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒有轉(zhuǎn)換電路。 有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不止一個(gè)，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。,,一、傳感器的分類 傳感器種類繁多，目前常用的分類有兩種： 以被測量來分 以傳感器的原理來分,傳感器的分類及要求,,按被測量來分類,,,電阻式，光電式（紅外式、光導(dǎo)纖維式），電感式，諧振式，電容式，霍爾式（磁式），阻抗式（電渦流式），超聲式，磁電式，同位素式，熱電式，電化學(xué)式，壓電式，微波式,按傳感器的原理來分類,,二、分類目的： 各類傳感器的工作原理、主要性能及其特點(diǎn)、應(yīng)用。 使大家能合理地選擇和使用傳感器。 使學(xué)生了解常用傳感器地工程設(shè)計(jì)方法和掌握常用傳感器地試驗(yàn)研究方法。 了解傳感器地發(fā)展

6、方向等。,,三、傳感器的一般要求 足夠的容量傳感器的工作范圍或量程足夠大；具有一定的過載能力。 靈敏度高，精度適當(dāng)即要求其輸出信號與被測信號成確定的關(guān)系（通常為線性），且比值要大；傳感器的靜態(tài)響應(yīng)與動(dòng)態(tài)響應(yīng)的準(zhǔn)確度能滿足要求。,響應(yīng)速度快，工作穩(wěn)定，可靠性好。 使用性和適應(yīng)性強(qiáng)體積小，重量輕，動(dòng)作能量小，對被測對象的狀態(tài)影響??；內(nèi)部噪聲小而又不易受外界干擾的影響；其輸出力求采用通用或標(biāo)準(zhǔn)形式，以便與系統(tǒng)對接。 使用經(jīng)濟(jì)成本低，壽命長，且便于使用、維修和校準(zhǔn)。,,,傳感器開發(fā)的新趨向包括: 社會(huì)對傳感器需求的新動(dòng)向 傳感器新技術(shù)的發(fā)展趨勢,傳感器開發(fā)的新趨勢,,一、傳感器需求的新動(dòng)向 社會(huì)需求是

7、傳感器技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是微電子技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，以及“電腦”的普及，傳感器在新的技術(shù)革命中的地位和作用將更為突出，一股競相開發(fā)和應(yīng)用傳感器的熱潮已在世界范圍內(nèi)掀起。,,原因: 電五官”落后于“電腦”的現(xiàn)狀，已成為微型計(jì)算機(jī)進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用的一大障礙 許多有競爭力的新產(chǎn)品開發(fā)和卓有成效的技術(shù)改造，都離不開傳感器 傳感器的應(yīng)用直接帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 傳感器普及于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，將造成良好的銷售前景,,二、傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域和需求量,,三、傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢 傳感器的開發(fā)方向，大致分為如下四個(gè)方面： 向檢測范圍挑戰(zhàn)。 集成化，多功能化。 向未開發(fā)的領(lǐng)域挑戰(zhàn)

8、生物傳感器。 智能傳感器（Smart sensor）,,向檢測范圍挑戰(zhàn)： 傳感器的量子化 傳感器的極限檢測范圍大多取決于量子力學(xué)效應(yīng)。其比較典型的例子是利用核磁變振吸收的磁傳感器以及利用約瑟夫效應(yīng)的磁傳感器。,,集成化，多功能化： 向敏感功能裝置發(fā)展 傳感器的集成化，最近積極地應(yīng)用了半導(dǎo)體集成電路技術(shù)及其開發(fā)思想。,,生物傳感器： 到目前為止，正大力研究。開發(fā)的傳感器大多為物理傳感器，今后應(yīng)積極開發(fā)研究化學(xué)傳感器和生物傳感器。,,智能傳感器： 具有判斷能力、學(xué)習(xí)能力的傳感器 智能傳感器大致分為如下三種： 具有判斷力的敏感裝置 具有學(xué)習(xí)能力的敏感裝置 具有創(chuàng)造能力的敏感裝置,,從構(gòu)成上看，智能式

9、傳感器是一個(gè)典型的以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng)。,,,,,智能式傳感器特點(diǎn)： 同一般傳感器相比，智能式傳感器有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)： 精度高 穩(wěn)定、可靠性好 檢測與處理方便 功能廣 性能價(jià)格比高,,精度高： 由于智能式傳感器具有信息處理的功能，因此通過軟件不僅可以修正各種確定性系統(tǒng)誤差(如傳感器輸入輸出的非線性誤差、溫度誤差、零點(diǎn)誤差、正反行程誤差等)，而且還可以適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償隨機(jī)誤差，降低噪聲，從而使傳感器的精度大大提高。 穩(wěn)定、可靠性好： 它具有自診斷、自校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，對于智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)還有自適應(yīng)功能。,,檢測與處理方便： 它不僅具有一定的可編程自動(dòng)化能力，可根據(jù)檢測對象或條件的改變，方便

10、地改變量程及輸出數(shù)據(jù)的形式等，而且輸出數(shù)據(jù)可通過串行或并行通訊線直接送入遠(yuǎn)地計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。 功能廣： 不僅可以實(shí)現(xiàn)多傳感器多參數(shù)綜合測量，擴(kuò)大測量與使用范圍，而且可以有多種形式輸出(如RS232串行輸出，PIO并行輸出，IEEE-488總線輸出以及經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后的模擬量輸出等)。,,性能價(jià)格比高： 在相同精度條件下，多功能智能式傳感器與單一功能的普通傳感器相比，其性能價(jià)格比高，尤其是在采用比較便宜的單片機(jī)后更為明顯。,電阻式傳感器,熱電阻式傳感器 在分析儀器中通常用電流來加熱，并使處于與周圍介質(zhì)進(jìn)行熱交換狀態(tài)的導(dǎo)體稱為熱電阻，以此種熱電阻作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器即為熱電阻式傳感器。在分析儀器中常

11、稱為熱導(dǎo)檢測器或熱導(dǎo)池。 導(dǎo)體與周圍介質(zhì)熱交換。 對流 介質(zhì)的導(dǎo)熱 導(dǎo)體本身的導(dǎo)熱 輻射作用,電阻式傳感器,影響導(dǎo)體與介質(zhì)間熱交換強(qiáng)度的因素 (1)導(dǎo)體的幾何尺寸和它的表面狀態(tài)； (2)用以支持導(dǎo)體的各種裝置的幾何尺寸和形狀； (3)周圍介質(zhì)的物理屬性（如密度、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度等） (4）周圍氣態(tài)或液態(tài)介質(zhì)的流速； (5)周圍介質(zhì)和支撐裝置的溫度。,電阻式傳感器,制作電阻材料的要求 (1)要有盡可能大而且穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù) (2)電阻率要大 (3)在使用溫度范圍內(nèi)，其化學(xué)、物理性穩(wěn)定性好 (4)材料易于制取，價(jià)格便宜,應(yīng)用舉例熱導(dǎo)檢測器,應(yīng)用舉例熱導(dǎo)檢測器,應(yīng)用舉例熱導(dǎo)檢測器,應(yīng)用舉例熱導(dǎo)檢測器

12、,熱導(dǎo)檢測器原理,熱導(dǎo)檢測器結(jié)構(gòu),,熱導(dǎo)檢測器結(jié)構(gòu),,熱導(dǎo)檢測器結(jié)構(gòu),電容式傳感器,基本原理,電容式傳感器,,電容式傳感器,,電容式傳感器應(yīng)用,液位傳感器,電容式傳感器應(yīng)用,氣體分析傳感器,電感式傳感器,自感式傳感器,電感式傳感器,自感式傳感器,電感式傳感器,差動(dòng)式傳感器,電感式傳感器,自感式傳感器,電感式傳感器,互感式傳感器,電感式傳感器,,光電傳感器,光電傳感器,,光電傳感器,,光電傳感器,,熱電式傳感器,,熱電式傳感器,熱電效應(yīng) 接觸電勢 溫差效應(yīng),熱電式傳感器,,熱電式傳感器,熱電偶的基本定律,熱電式傳感器,熱電偶的基本定律,熱電式傳感器,,熱電式傳感器,熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 補(bǔ)正系數(shù)法

13、 冷端恒溫法 補(bǔ)償導(dǎo)線法 冷端溫度補(bǔ)償器,熱電式傳感器,,熱電式傳感器,,熱電式傳感器,熱電偶的種類 常用熱電偶 特殊熱電偶 鎢錸系熱電偶（超高溫） 金鐵-鎳鉻熱電偶（超低溫） 薄膜熱電偶（快速測量） 非金屬熱電偶 鎧裝熱電偶（纜式熱電偶）,壓電晶體傳感器,,壓電晶體傳感器,壓電效應(yīng)過程,壓電晶體傳感器,壓電吸附晶片特性,氣敏傳感器,種類 金屬氧化物半導(dǎo)體式 接觸燃燒式 熱傳導(dǎo)式 固體電解式,氣敏傳感器,金屬氧化物半導(dǎo)體式,氣敏傳感器,,氣敏傳感器,,光導(dǎo)纖維化學(xué)傳感器,,光導(dǎo)纖維化學(xué)傳感器,光纖傳感器分類 功能型 傳光型,光導(dǎo)纖維化學(xué)傳感器,,光導(dǎo)纖維化學(xué)傳感器,光導(dǎo)纖維化學(xué)傳感器,,生物傳

14、感器 ( Biosensor),一概述 1定義 傳感器能感受(或響應(yīng))一種信息并變換成可測量信號(一般指電學(xué)量)的器件。 生物傳感器將生物體的成份（酶、抗原、抗體、激素）或生物體本身（細(xì)胞、細(xì)胞器、組織）固定化在一器件上作為敏感元件的傳感器稱為生物傳感器。,2. 生物傳感器的基本組成 敏感元件（分子識別元件）和信號轉(zhuǎn)換器件（圖）,3.生物傳感器的工作原理,（1） 將化學(xué)信號轉(zhuǎn)變成電信號 已經(jīng)研究的大部分生物傳感器的工作原理均屬這種類型。例如酶傳感器，酶催化特定底物發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生一種新的可供測量的物質(zhì)，用能把這種物質(zhì)的量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置和固定化的酶相耦合，即稱為酶傳感器。,

15、（2） 將熱能變化轉(zhuǎn)換為電信號 （3）將光效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號 （4）直接產(chǎn)生電信號,生物傳感器的分類,(1).根據(jù)生物傳感器的輸出 信號方式分類 a生物親合型傳感器 被測物質(zhì)與分子識別元件上的敏感物質(zhì)具有生物親合作用，即二者能特異地相結(jié)合，同時(shí)引起敏感材料的分子結(jié)構(gòu)和/或固定介質(zhì)發(fā)生變化。例如：電荷溫度光學(xué)性質(zhì)等的變化。反應(yīng)式可表示為： S（底物）+R（受體） == SR,b代謝型或催化型傳感器 另一類是底物（被測物）與分子識別元件上的敏感物質(zhì)相作用并生成產(chǎn)物，信號轉(zhuǎn)換器將底物的消耗或產(chǎn)物的增加轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲂盘枺@類傳感器稱為代謝型或催化型傳感器，其反應(yīng)形式可表示為 S（底物

16、）R（受體） ==SRP（生成物）,(2).根據(jù)生物傳感器中分子識別 元件上的敏感物質(zhì)分類 生物傳感器中分子識別元件上所用的敏感物質(zhì)有酶、微生物、動(dòng)植物組織、細(xì)胞器、抗原和抗體等。根據(jù)所用的敏感物質(zhì)可將生物傳感器分為酶傳感器、微生物傳感器、組織傳感器、細(xì)胞器傳感器、免疫傳感器等。,（3）.根據(jù)生物傳感器的信號 轉(zhuǎn)換器分類 生物傳感器的信號轉(zhuǎn)換器有：電化學(xué)電極、離子敏場效應(yīng)晶體管、熱敏電阻、光電轉(zhuǎn)換器等據(jù)此又將生物傳感器分為電化學(xué)生物傳感器、半導(dǎo)體生物傳感器、測熱型生物傳感器、測光型生傳感器、測聲型生物傳感器等,以上后兩種分類方法之間還可互相交叉，因而生物傳感器的類別就更加增

17、多，例如酶傳感器又分為酶電極、酶熱敏電阻、酶FET、酶光極等 上面介紹的各種名稱都是類別的名稱，每一類又都包含許多種具體的生物傳感器，例如，僅酶電極一類，根據(jù)所用酶的不同就有幾十種，如葡萄糖電極、尿素電極、尿酸電極、膽固醇電極、乳酸電極、丙酮酸電極等等就是葡萄糖電極也并非只有一種，有用pH電極或碘離子電極作為轉(zhuǎn)換器的電位型葡萄糖電極，有用氧電極或過氧化氫電極作為轉(zhuǎn)換器的電流型葡萄糖電極等實(shí)際上還可再細(xì)分?？傊?，生物傳感器是傳感器中類別較多、內(nèi)容較廣的一大類傳感器，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，它所包含的內(nèi)容也必將更為豐富為醒目起見，現(xiàn)將生物傳感器的分類示于圖中,5生物傳感器的特點(diǎn) (1) 生物

18、傳感器是由選擇性好的主體材料構(gòu)成的分子一識別元件，因此，一般不需進(jìn)行樣品的預(yù)處理，它利用優(yōu)異的選擇性把樣品中被測組分的分離和檢測統(tǒng)一為一體測定時(shí)一般不需另加其它試劑 （2）由于它的體積小、可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)在位監(jiān)測 (3) 響應(yīng)快、樣品用量少，且由于敏感材料是固定化的，可以反復(fù)多次使用。 (4) 傳感器連同測定儀的成本遠(yuǎn)低于大型的分析儀器，因而便于推廣普及。,二. 生物傳感器的信號轉(zhuǎn)換器,生物傳感器中的信號轉(zhuǎn)換器是將分子識別元件進(jìn)行識別時(shí)所產(chǎn)生的化學(xué)的或物理的變化轉(zhuǎn)換成可用信號的裝置生物傳感器的信號轉(zhuǎn)換器已有許多種，其中到目前為止用得最多的且比較成熟的是電化學(xué)電極，用它組成的生物傳感器稱為電化學(xué)生

19、物傳感器 電化學(xué)電極可用作生物傳感器的信號轉(zhuǎn)換器的電化學(xué)電極，一般可以分為兩種類型。電位型電極和電流型電極,電位型電極,1離子選擇電極 離子選擇性電極是一類對特定的陽離子或陰離子呈選擇性響應(yīng)的電極，具有快速、靈敏、可靠、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用范圍很廣離子選擇性電極作為生物傳感器的信號轉(zhuǎn)換器只是它的一種應(yīng)用，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也常直接用它測定體液中的一些成分（如H+， K+， Na+， Ca2+等）。,2氧化還原電極氧化還原電極是不同于離子選擇電極的另一類電位型電極這里指的主要是零類電極。,電流型電極,電化學(xué)生物傳感器中采用電流型電極為信號轉(zhuǎn)換器的趨勢日益增加，這是因?yàn)檫@類電極和電位型電極相比有以

20、下優(yōu)點(diǎn)： （1）電極的輸出直接和被測物的濃度呈線性關(guān)系，不像電位型電極那樣和被測物濃度的對數(shù)呈線性關(guān)系 （2）電極輸出值的讀數(shù)誤差所對應(yīng)的待測物濃度的相對誤差比電位型電極的小 （3）電極的靈敏度比電位型電極的高,氧電極,有不少酶特別是各種氧化酶和加氧酶在催化底物反應(yīng)時(shí)要用溶解氧為輔助試劑，反應(yīng)中所消耗的氧量就用氧電極來測定此外，在微生物電極、免疫電極等生物傳感器中也常用氧電極作為信號轉(zhuǎn)換器，因此氧電極在生物傳感器中用得很廣。目前用得最多的氧電極是電解式的Clark氧電極，Clark氧電極是由鉑陰極、Ag/AgCl陽極、KCl電解質(zhì)和透氣膜所構(gòu)成。由圖可見，Clark氧電極是個(gè)復(fù)合電極工作時(shí)在鉑

21、陰極和Ag/AgCl陽極之間施加06V的電壓，鉑陰極的電位為一O6V。通常鉑陰極是個(gè)微小電極（d約002mm），如下所述。此電極無需過大氧電極前端透氣膜是只允許氣體透過的薄膜（聚四氯乙烯膜、聚酯膜、 聚氯乙烯膜、聚丙烯膜、火棉膠膜及硅橡膠膜等）它可以防止因溶液中的離子或分子到達(dá)陰極表面還原而干擾測定因此當(dāng)將氧電極插入含有溶解氧的溶液后，溶液中的O2將擴(kuò)散，透過透氣膜到達(dá)鉑陰極表面被還原，還原電流值與溶解氧的量有關(guān),.離子敏場效應(yīng)晶體管,隨著醫(yī)學(xué)研究的進(jìn)展以及臨床診斷工作的需要，對傳感一器的要求有了新的發(fā)展希望傳感器能具有以下特點(diǎn)： （l）小型化，便于攜帶，易于使用，非專業(yè)人員也能操作 （2）響

22、應(yīng)快，可應(yīng)用于微小區(qū)域，象生物細(xì)胞內(nèi)成分的測定 （3）能同時(shí)完成多種成分測定 （4）能夠直接連接在計(jì)算機(jī)的輸入端 （5）輸出阻抗低，可避免外界感應(yīng)以及下級電路的干擾 由于絕緣柵場效應(yīng)管的應(yīng)用，制造具有以上特點(diǎn)的離子敏感元件及生物敏感元件已成為現(xiàn)實(shí),敏場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)和工作原理,由于電化學(xué)理論和半導(dǎo)體理論的相互滲透。所以出現(xiàn)了一類能夠?qū)﹄x子或分子敏感的半導(dǎo)體器件，并稱之為化學(xué)敏感半導(dǎo)體器件。其中對離子敏傳感器件研究的成果較多離子敏場效應(yīng)晶體管，即ISFET，它與常用的絕緣柵型場效應(yīng)晶體管構(gòu)造相同不過在輸入柵極做了一些改進(jìn)，以能與特定的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)，產(chǎn)生電位的敏感膜取代金屬極讓敏感膜直接與溶

23、液接觸，由于敏感膜對溶液中的離子有選擇作用，從而調(diào)制ISFET的漏電流變化，利用這個(gè)特性就能檢測一溶液中的離子活度,Ion-sensitive field-effect transistor(ISFET) Metal-oxide(MOFET),三.敏感器件（分子識別元件）,1酶（Enzyme）及酶電極 (1).酶的催化特性 酶是生物體內(nèi)產(chǎn)生并具有催化活性的一類蛋白質(zhì)。此類蛋白質(zhì)表現(xiàn)出特異的催化功能，因此，酶被稱為生物催化劑酶在生命活動(dòng)中起著極為重要的作用，它們參加新陳代一謝過程中的所有生化反應(yīng)，并以極高的速度和明顯的方向性維持生命的代謝活動(dòng)，包括生長、發(fā)育、繁殖與運(yùn)動(dòng)可以說，沒有酶生命將不

24、復(fù)存在目前已鑒定出的酶有2000余種，其中一半左右已達(dá)均一純度，100余種已能制得晶體。 酶與一般催化劑相同，在相對濃度較低時(shí)，僅能影響化學(xué)反應(yīng)的速度，而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)，反應(yīng)前后其組成與質(zhì)量均不發(fā)生明顯改變,酶與一般催化劑的不同點(diǎn)如下：,(1).酶的催化效率比一般的催化劑高1061O13倍。 (2).酶催化反應(yīng)條件較為溫和，在常溫常壓近中性條 件下即可進(jìn)行. (3).酶的催化具有高度的專一性.,1).立體化學(xué)專一性它又可分為：,（a）光學(xué)專一性所謂光學(xué)專一性是指一種酶只能催化一對鏡像異構(gòu)體之一，對另一異構(gòu)體則不起催化作用如精氨酸酶只催化L一精氨酸水解產(chǎn)生L一烏氨酸和尿素，對D一精氨酸

25、則無效 （b）幾何專一性所謂幾何專一性是指酶只能作用順式或反式異構(gòu)體中的某一個(gè)如延胡索酸是一種反式的丁烯二酸，而馬來酸則為順式的丁烯二酸延胡索酸酶只能催化延胡索酸水解產(chǎn)生蘋果酸，而不作用于馬來酸,2）非立體化學(xué)專一性 非立體化學(xué)專一性可依據(jù)酶對底物的三種組成部分選程度的不同分為三類：,(a).鍵專一性 (b).基團(tuán)專一性 (c).絕對專一性 具有絕對專一性的酶要求底物的鍵及A與B嚴(yán)格地適宜，否則不起催化作用絕對專一性典型的例證是脲酶，且只能催化尿素水解，對尿素的衍生物則無催化作用.,(2).酶的本質(zhì)和分類,酶是一類有催化活性的蛋白質(zhì).酶可分為單純蛋白酶與結(jié)合蛋白酶兩大類單純蛋白酶除蛋白質(zhì)以外

26、不含其它成分如胃蛋白酶、胰蛋白酶和脲酶等結(jié)合蛋白酶是由蛋白和非蛋白兩部分所組成非蛋白部分若與酶蛋白結(jié)合牢固，不易分離則稱輔基如細(xì)胞色素氧化酶中的鐵卟啉部分，用透析法不能將其與酶蛋白部分分開，故稱鐵卟啉部分為輔基若非蛋白部分與酶蛋白結(jié)合不牢，易于分開，在溶液中呈離解平衡狀態(tài)，則稱為輔酶常見的輔酶有煙酰胺腺瞟吟二核苷酸（NAD，輔酶）和煙酰胺腺瞟吟二核昔酸磷酸（NADP，輔酶），二者均稱為脫氫酶的輔酶輔基與輔酶多為維生素或某些金屬（Cu、Fe、Mg、Zn、Co、Mn、Mo等）的配合物。,（3）酶的活力單位（酶單位）,1）標(biāo)準(zhǔn)酶單位 國際生物化學(xué)協(xié)會(huì)酶委員會(huì)規(guī)定了酶單位的標(biāo)準(zhǔn)形式為：一個(gè)酶單位（

27、U）是在特定的條件下lmin內(nèi)催化形成1mol產(chǎn)物的酶量（或轉(zhuǎn)化1mo1底物的酶量）特定條件一般是指選定的條件，如溫度為25，30，37，最適pH,底物為飽和溶液,2）酶的比活力每毫克蛋白質(zhì)所含某酶的活力單位數(shù)稱某酶的比活力,3）酶濃度 每毫升酶蛋白溶液所含某酶的活力單位數(shù)稱某酶濃度 一定重量或一定體積酶制劑所具有的酶活力單位數(shù)叫做總活力在酶的提純過程中，總活力逐漸下降，比活力逐漸提高,4）轉(zhuǎn)換值 也稱分子活力或摩爾活力其定義是1摩爾酶在最適條件下，1min內(nèi)所轉(zhuǎn)化的底物的摩爾數(shù)轉(zhuǎn)化值的單位為min-1轉(zhuǎn)換值的倒數(shù)是一個(gè)催化循環(huán)所需要的時(shí)間,(4).酶的固定化技術(shù) 固定化酶使

28、酶的利用率、穩(wěn)定性與機(jī)械強(qiáng)度等方面均較可溶性酶有所提高，使用固定化酶為酶電極的制備提供了良好的條件,1.惰性載體物理吸附法,此法是酶分子通過極性鍵、氫鍵、疏水力或電子相互作用等吸附于不溶性載體上常用的載體有：多孔玻璃、活性炭、氧化鋁、石英砂、纖維素酯（包括硝酸纖維素、醋酸纖維素）、葡聚糖、瓊脂精、聚氯乙烯、聚苯乙烯等，已用此法固定化的酶如：脂肪酶、D葡萄糖苷酶、過氧化物酶等,2.離子載體交換法 選用具有離子交換劑的載體，在適宜的pH下，使酶分子與離子交換劑通過離子鍵結(jié)合起來，形成固定化酶常用的帶有離子交換劑的載體如下DEAE一纖維素、TEAE一纖維素、AE纖維素、CM纖維素、DEAE一葡萄糖

29、、肌酸激酶等 3活化載體共價(jià)結(jié)合法 a.重氮法 b.迭氮法 c.鹵化氰法 d.縮合法 e.烷基化法,4.物理包埋法 此法是將酶分子包埋在凝膠的細(xì)微格子里制成固定化.常用的凝膠有：聚丙烯酸胺、淀粉、明膠、聚乙烯醇、海藻酸鈣、桂樹脂等用凝膠包埋法制備的固定化酶如：木瓜蛋白酶、纖維素酶、乳酸脫氫酶等,2.電化學(xué)免疫傳感器(Immunosensor),免疫學(xué)的基本概念 1.抗體（antibody）和抗原（antigen） 抗體是一種免疫球蛋白免疫球蛋白有5種，分別命名為IgG，IgA，IgM，IgD和IgE，無脊椎動(dòng)物不產(chǎn)生免疫球蛋白魚有IgM,兩棲類有IgM和IgG.除人類有5種免疫

30、球蛋白外，大多數(shù)哺乳動(dòng)物只有IgG，IgA,IgM和IgE四種免疫球蛋白,抗原是一種進(jìn)入機(jī)體后能刺激機(jī)體產(chǎn)生免疫反應(yīng)的物質(zhì)它可能是生物體（如各種微生物），也可能是非生物體（如各種異類蛋白、多糖等）.通常，分子量大于10000，而且具有一定結(jié)構(gòu)（如苯環(huán)或雜環(huán)等結(jié)構(gòu)）的物質(zhì)均可成為抗原性物質(zhì)，都能有效地誘發(fā)產(chǎn)生抗體有些分子量較小的物質(zhì)，如某些藥物和激素在動(dòng)物體內(nèi)并不產(chǎn)生抗體但將這種小分子量的物質(zhì)用化學(xué)法結(jié)合到某種載體（通常是大分子蛋白質(zhì)）上，再用這種結(jié)合物可誘發(fā)產(chǎn)生抗體通常把這樣一些小分子量物質(zhì)稱為半抗原用半抗原的結(jié)合物誘發(fā)產(chǎn)生的抗體，其中有些是抗這個(gè)半抗原的抗體，可與其半抗原結(jié)合，其結(jié)合常數(shù)有時(shí)

31、高達(dá)1011由此可見，若待測物是具有特定結(jié)構(gòu)的大分子蛋白質(zhì)，可直接用來制備抗體；若為分子量較小的半抗原，則需將它進(jìn)行化學(xué)修飾結(jié)合到大分子載體上才能誘發(fā)產(chǎn)生抗半抗原的抗體。,3.組織傳感器,以動(dòng)植物組織薄片材料作為生物敏感膜的電化學(xué)傳感器稱為組織電極，此系酶電極的衍生型電極動(dòng)植物組織中的酶是反應(yīng)的催化劑與酶電極比較，組織電極具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1.酶活性較離析酶高. 2.酶的穩(wěn)定性增大. 3.材料易于獲得.,肝組織電極,動(dòng)物肝組織中含有豐富的H2O2酶，可與氧電極組成測定H2O2及其它過氧化物的組織電極1981年Mascini等研究了數(shù)種哺乳動(dòng)物和其它動(dòng)物（鳥、魚、龜）的肝組織電極，翌年，報(bào)道了基于

32、牛肝組織的H2O2電極,牛肝-H2O2電極 取01mm厚牛肝一片，覆蓋子氧電極的特氟隆膜上，用“O”型橡皮圈固定，即成牛肝組織電極在pH680的緩沖液中，使電極與空氣中的氧平衡，然后加入底物，底物為濃度大于1O-5molL H2O2溶液反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣到達(dá)氧電極的特氟隆膜時(shí)，使電極輸出增加在110-4mol/L底物濃度時(shí)，15min即可獲得穩(wěn)定電流，如圖所示：,若向溶液中通以氮?dú)?，以降低氧的溶解度，減少空氣平衡溶液中氧的殘余電流（約10A）至十分之幾微安，檢測下限可降低至1X10-5molL，相關(guān)系數(shù)： R=0997（n9）,14-3 植物組織膜電極結(jié)構(gòu)圖解 a一水瓜, b一果皮, c-中果皮,d-內(nèi)果皮 1-中果皮組織薄片 2-固定化骨架 3-透氣健, 4-墊圈 5-內(nèi)電解質(zhì) 6-復(fù)合PH電極 7-塑料電極體 3-7為二氧化碳?xì)饷綦姌O結(jié)構(gòu),