人工鼻與人工舌及其在環(huán)境檢測中應(yīng)用的研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展和環(huán)境資源的過度開發(fā)，環(huán)境污染問題越來越引起人們的極大關(guān)注。如有毒有害氣體污染和各種水體中的重金屬污染已經(jīng)危害到了人們的生活而日益受到社會的重視。因此，對有毒有害氣體污染和重金屬污染的在線和快速檢測迫在眉睫。另一方面，隨著人工嗅覺與味覺和化學(xué)傳感器技術(shù)研究的快速發(fā)展，人工鼻與人工舌的研究已成為目前國際上一個研究的熱點，并在氣體檢測和液相離子檢測中得到逐步的應(yīng)用。氣體和重金屬離子檢測傳感器的研究及其實時分析技術(shù)也是目

2、前國際上一個重要的前沿研究課題。基于上述原因，本論文以光纖化學(xué)傳感器為基礎(chǔ)的光學(xué)人工鼻和以重金屬離子選擇性傳感器為基礎(chǔ)的人工舌作為主要研究內(nèi)容，并將研究結(jié)果應(yīng)用到環(huán)境檢測。該研究得到了國家863高技術(shù)項目、國家自然科學(xué)基金委國際合作中俄專項基金以及浙江省科技廳重點項目的資助。 本文所作的主要工作如下： 1.提出了一種具有仿生特點的光學(xué)人工鼻實驗系統(tǒng)。采用生物嗅覺的仿生設(shè)計方法，利用光纖傳感器與多種聚合物敏感材料相結(jié)合實現(xiàn)

3、了多種聚合物敏感材料與熒光試劑的定量配制。研究了具有不同選擇性的氣味光纖傳感器陣列。此外，將生物嗅覺機理模型用于人工鼻系統(tǒng)的設(shè)計過程，采用模擬生物嗅覺的感受器.嗅球.線性延遲神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，實現(xiàn)了從光纖傳感器陣列的響應(yīng)數(shù)據(jù)中分離出混合氣味的成分和濃度信息。 2. 研制出了一種基于IAPS和脈沖激光沉積(Pulsed Laser Deposition，PLD)技術(shù)的晶體態(tài)結(jié)構(gòu)的Cd離子選擇薄膜傳感器。以硫?qū)俨Ａd離子選擇電極(Cd

4、-ISE)的敏感材料作為PLD的靶材，在IAPS上制備了一種晶體態(tài)結(jié)構(gòu)的Cd薄膜傳感器(Cd-LAPS)。該傳感器的線性區(qū)間為10<'-4>～10<'7>mol/L，檢測下限為1.15×10<'-7>mol/L，適宜pH范圍4～7，時間不超過2 min，2周內(nèi)可連續(xù)重復(fù)使用。 3.研制出了一種基于LAPS和PLD技術(shù)的玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)的Cu離子選擇薄膜傳感器。以硫?qū)俨Ａu離子選擇電極(Cu-ISE)的敏感材料作為PLD的靶材，在LA

5、PS上制備了一種玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)的Cu薄膜傳感器(Cu-LAPS)。該傳感器的線性區(qū)間為10<'-4>～10<'-6>mol/L，檢測下限為5.44×10<'-7>mol/L，適用pH范圍4～6，響應(yīng)時間不超過2 min，1周內(nèi)可連續(xù)重復(fù)使用。 4.結(jié)合微透鏡陣列技術(shù)和LAPS薄膜傳感器，研制了兩種類型的LAPS離子陣列傳感器，這兩種IAPS陣列傳感器分別實現(xiàn)了對Cu<'2+>、Cr<'6+>、pb<'2+>與Fe<'3+>4種重金屬

6、離子和Cr<'6+>、pb<'2+>與Fe<'3+>3種重金屬離子的同時檢測。 5.計算并討論了汞在溶液體系中的存在形態(tài)，獲得了穩(wěn)定的低濃度自由汞離子實際濃度以及溶液中自由汞離子濃度和總汞濃度之間的關(guān)系。通過對汞離子選擇電極(Hg-ISE)在模擬海水的緩沖溶液體系實驗測試及分析，確定了在自由汞離子濃度高于10<'-19>mol/L時，總汞濃度和自由汞濃度之間的線性關(guān)系，研究了Zn-ISE在緩沖體系下的特性，確定了該方法可以使Zn