瓦斯浓度传感器

为适应国家生态环境保护工作需要，加强国内温室气体排放控制和资源回收利用，落实《甲烷排放控制行动方案》要求，控制煤层气（煤矿瓦斯）排放，促进煤层气（煤矿瓦斯）回收利用，生态环境部组织修订了《煤层气（煤矿瓦斯）排放标准（暂行）》（GB 21522—2008），现公开征求意见，日期截止至2024年8月31日。在保证煤矿通风安全的前提下，本标准规定了煤层气（煤矿瓦斯）的抽采要求、排放控制要求、监测要求、实施与监督要求。本标准首次发布于 2008 年，本次为第一次修订。本次修订的主要内容：——调整了煤层气（煤矿瓦斯）的排放限值；——增加了煤层气（煤矿瓦斯）的排放监控位置要求；——修改了煤层气（煤矿瓦斯）的利用和销毁技术要求；——修改了监测要求；——增加了紧急情况的豁免处罚要求。本标准主要起草单位：国家应对气候变化战略研究和国际合作中心本标准规定了煤层气（煤矿瓦斯）的抽采要求、排放控制要求、监测要求、实施与监督要求。本标准适用于现有矿井及煤层气地面开发系统瓦斯排放控制管理与新建矿井及煤层气地面开发系统项目的环境影响评价、设计、竣工验收及其建成后的瓦斯排放控制管理。本标准适用于法律允许的污染物排放行为，新建矿井及煤层气地面开发系统的选址和特殊保护区域内现有矿井及煤层气地面开发系统的管理，按《中华人民共和国大气污染防治法》的相关规定执行。监测要求如下：1、煤层气开采井口装置、矿井瓦斯抽采泵站放空管、发电或储气罐等瓦斯利用和储存设施排放口、瓦斯销毁设施排放口，以及风井出风口等地面设施的甲烷排放口应设置甲烷传感器，以及流量传感器、压力传感器及温湿度传感器或集成传感器，对煤层气、高浓度瓦斯、低浓度瓦斯和风排瓦斯的甲烷浓度，以及流量、绝对压力、温湿度或标准状态流量等相关排放参数进行监测。抽采泵站应设甲烷传感器防止瓦斯泄漏。2、新建矿井及煤层气地面开发系统应按照 AQ 1029 和《污染源自动监控管理办法》等相关规定，安装煤层气（煤矿瓦斯）排放自动监控设备。3、各传感器布置和维护应按照 AQ 1029 和《污染源自动监控管理办法》要求，甲烷传感器应达到 AQ6204 或 NB/T 10182 规定的技术指标，并符合 AQ 6201 煤矿安全监控系统通用技术要求。4、企业应按照有关法律和《环境监测管理办法》的规定，对排放状况进行监测，与生态环境部门的监控中心联网，并保存原始监测记录。附：1、征求意见单位名单.pdf2、煤层气（煤矿瓦斯）排放标准（修订征求意见稿）.pdf3、《煤层气（煤矿瓦斯）排放标准》（修订GB21522-2008）编制说明.pdf

英国南安普顿大学和日本先进科学技术研究所的科学家研发了一种以石墨烯为原材料的传感器，能检测出室内空气污染且精度极高。这一研究近日发表在《科学进展》期刊上。新研发的传感器可以感应到来自建筑、家具用品的二氧化碳分子以及挥发性有机化合物(VOC)气体分子。近年来，由个人居住环境中的空气污染引起的健康问题与日俱增。　　这些有害化学气体的浓度水平一般在几十亿分之一(ppb)，用现有的环境传感技术难以检测到，因为这些传感器只能检测到浓度为百万分之一(ppb)的此类气体。　　该研究团队研发出的石墨烯传感器在通电后，可使单个的二氧化碳分子一个一个吸附到石墨烯材料上，并在分子水平上检测其浓度。其原理是：装置中的石墨烯材料采用单原子悬浮束式层状结构，石墨烯材料周边有弱电场分布。当单个二氧化碳分子或挥发性有机气体分子接触或离开石墨烯材料时，石墨烯的电阻率受影响发生改变，传感器能够检测到这种变化，由于能够检测到分子级的浓度变化，因此这种传感器拥有相当惊人的精度。在试验中，原型传感器可检测到一分钟内30ppb的二氧化碳浓度变化。而且传感器非常紧凑小巧，科学家相信其有望应用于制成便携廉价的空气污染监测装置。

研究人员开发了新的信号处理技术，与光流体生物传感器芯片一起使用，以检测浓度变化8个数量级的纳米珠混合物。图片来源：霍尔格施密特/加州大学圣克鲁斯分校美国加州大学圣克鲁斯分校团队在用于检测或分析物质的芯片传感设备方面取得重大进展，为研制高灵敏度的便携式集成光流体传感设备奠定了基础。这些设备即使涉及浓度变化很大且完全不同类型的生物粒子时，仍然可同时进行多类型的医学测试。该研究成果发表在最新一期《光学》杂志上。研究人员将新的信号处理技术应用于基于光流体芯片的生物传感器，能对8个数量级浓度的纳米珠混合物进行无缝荧光检测，将传感器可工作浓度范围扩大了1万倍以上。团队表示，新设备足够灵敏，不但可检测单个生物分子，还能在非常宽的浓度范围内工作，以同时测量和区分多种粒子类型。这一多类型分析测试平台，原理基于光流体芯片，通过用激光束照射粒子，然后用光敏探测器测量粒子的响应来检测粒子。还使得该平台具有执行各种类型分析所需的灵敏度，可检测包括核酸、蛋白质、病毒、细菌和癌症生物标志物等粒子。在这项新工作中，研究人员还开发了一种信号处理方法，得以同时检测高浓度和低浓度的粒子。他们结合不同的信号调制频率：高频激光调制以区分低浓度的单个粒子，低频激光调制以在高浓度下同时检测来自许多粒子的大信号。团队还应用到最近开发的一种极速算法，以实时识别和高精度区分。这种信号分析方法，本质是用不同浓度和各种荧光颜色的纳米珠溶液泵送光流体的生物传感器芯片。目前，其能正确识别浓度差异在混合物中超过1万倍的纳米珠。未来，其将用于分析来自人工神经元细胞组织类器官的分子产物，为人们带来神经源性疾病和儿科癌症等领域的新见解。

本文介绍了检测沼气成分的五种主要方法:奥氏气体分析法、热催化燃烧检测法、热导元件检测法、气相色谱GC检测法、红外气体分析法，分析了这五种检测方法的特点及其在我国沼气服务体系中的适应性，并总结了目前最适宜我国大中型沼气工程沼气成分监测的分析方法是红外沼气成分分析技术。1、奥氏气体分析法 奥氏气体分析法是一种经典的化学式手动分析方法，该方法是利用溶液吸收法来测定CO、CO2和O2浓度，CH4和H2浓度则在爆炸燃烧法后用吸收法测定，剩余气体为N2。目前传统的奥氏气体分析方法在沼气成分检测中应用较少。针对农村沼气服务体系的特定应用，通常采用检测管法，该方法操作更简便，常用的检测管有H2S、O2、CO2、CO等，但没有直接测量CH4浓度的检测管，CH4浓度是通过计算所得，即100%-[ CO2 ]-[空气]-[H2S]-[ CO ]等，因此存在一定误差。 奥氏气体分析仪具有结构简单、价格便宜、维修容易等优点，常用于CO2、O2、CO、H2、烃类等气体浓度的测定，在实验室里应用广泛。但该仪器长期运行成本高，仅每年购买试剂和玻璃器皿至少要1万多元，且必须对气体进行人工取样，才可在实验室内进行分析，其中分析人员的操作技能和“态度”对分析的精确度也有着较大影响。同时奥氏气体分析仪只能对单一成分逐个进行检测分析，不具备多重输入和信号处理功能，分析费时，操作繁琐，响应速度慢，效率低，难以实时在线地分析现场工况，现逐渐被全自动分析仪器替代。2、热催化燃烧检测方法 热催化燃烧检测方法是利用两只热催化（黑白）元件——补偿元件和桥臂电阻构成惠斯顿电桥加一恒定电压，将铂丝加热到500℃，当遇到空气中的可燃气体时，测量元件在催化剂的作用下，在元件表面发生催化反应，使得温度升高，阻值增大，电桥输出不平衡，以此来测定甲烷浓度。该方法是检测甲烷泄漏最简单、经济的方法，在我国煤矿安全检测领域具有广泛应用。但载体催化元件只能检测0~4％的甲烷浓度，当空气中甲烷浓度超过5％后，元件会发生“激活”现象，造成永久损坏。同时检测设备需要频繁标定，热催化元件的仪器使用寿命一般在1年内，精度较差（10%），而在高H2S条件下，易造成传感器中毒甚至报废，使用寿命大大缩短。3、热导元件检测方法 不同气体的导热系数存在差别，热导元件检测方法就是根据这一特性，来测定气体的体积浓度。沼气的主要成分是CH4和CO2 ，被测沼气的导热系数由CH4和CO2共同决定。对于彼此之间无相互作用的多组分气体,其导热系数可近似地认为是各组分导热系数浓度的加权平均值。因此,根据沼气的导热系数与各组分导热系数之间的关系,就可以实现沼气多组分气体浓度的测定。 目前该检测方法已广泛应用在煤矿瓦斯抽排领域，也可用于沼气中甲烷浓度的测量。但该类型传感器使用寿命一般在2年左右，且该传感器对于低浓度测量，具有较大局限性，如无法测量浓度低于5%的甲烷浓度，如果用于甲烷的泄露报警将会造成较大误差。4、气相色谱GC检测方法 气相色谱GC分析方法是利用气体物理吸附能力的差别，将采样的气体在色谱中分离然后,热导检测器通过热电阻与被测气体之间热交换和热平衡来实现其CH4、CO2、O2等气体浓度的检测，该检测方法分离效能高，对物理化学性能很接近的复杂混合物质都可以进行定性、定量检测，灵敏度较高。气相色谱分析原理示意图 由于柱温与载气对分离结果的具有较大影响，其中柱温对分离结果的影响比载气的大，所以在检测过程中，除了要经常更换色谱柱外，还需要对色谱柱温和载气流速进行适度的调节，以免影响分离结果造成误差。同时色谱价格相对较贵，需要采样，不能实现在线分析。5、红外气体分析方法 当对应某一气体特征吸收波长的光波通过被测气体时，其强度将明显减弱，强度衰减程度与该气体浓度有关，两者之间的关系遵守朗伯一比尔定律，也就是红外光谱检测方法的基本原理。红外气体分析技术作为一种快速、准确的气体分析技术在实际应用中十分普遍。由于该方法是采用物理原理，分析气体不与传感器发生反应，因此传感器使用寿命很长，该类型传感器不仅可以用于测量沼气泄露的低浓度报警，也可以用于高浓度的沼气成分测量。 由上表可知，红外气体分析技术相较于奥氏、热催化、热导元件、气相色谱气体分析技术，具有响应时间快、灵敏度高、使用寿命长、仪器操作方便等优势。但对国内用户而言，红外气体分析技术普遍存在NDIR传感器价格昂贵、维护困难、产品质量参差不齐等问题。针对这些问题，四方仪器对NDIR传感器进行了升级，将红外传感器进行模块化设计，一个传感器对应检测一个气体组分，拆卸维护方便，使得仪器在体积、性能、维护、价格上具有以往仪器无法比拟的优势。 如沼气分析仪（智能便携型）Gasboard-3200Plus，采用自主知识产权的模块化红外传感器，可实现CO、CO2、CH4等多组分气体浓度的快速测量。同时其H2S、O2浓度测量可拓展，流速、流量可采集，体积轻量化，APP终端智能化等创新设计，弥补了沼气成分、流量一台仪器不可同时测量，长距离、大规模沼气项目监测设备不易携带，监测数据获取流程复杂等的不足，可广泛用于生物沼气、污水处理废气和垃圾填埋气体等沼气成分的可靠准确且经济有效的监测。在满足行业标准应用的同时，仪器测量组分还可根据用户需求定制，轻巧便携，实用性大大提高。模块化红外气体传感器工作原理6、结论 在沼气技术服务体系建设中，气体分析仪发挥了十分重要的作用，在选择配置时需要考虑仪器的使用寿命、功能、质量保障体系、实用性、性价比等因素。在奥氏吸收、热导元件、热催化、气相色谱、红外光谱的气体分析仪中，从寿命、功能、实用性等方面考虑，可优先选择红外方法的仪器；如果仅测量甲烷浓度或检测泄露，可以考虑基于热导和热催化原理的仪器；如果用于实验室定性与定量的精准测量，也可以考虑色谱分析方法。 但随着沼气生产和过程控制要求的逐渐提高，不断实现技术创新升级的红外沼气分析仪将逐渐取代奥氏吸收、热导元件、热催化、气相色谱等气体成分检测技术，成为我国大中小型沼气工程沼气成分监测与工艺过程调控必不可少的气体成分监测设备。（来源：沼气圈）

大豆蛋白生产线浓度传感器 在大豆蛋白生产工艺链中，中和工艺是非常重要的，控制中和工艺生产中的浓度值和碱液已经加水量直接是导致成品生产的效率和质量。其中的干物质含量有可以来控制加碱和水的量，大部分固含物浓度值控制在10-17%之间，所以在中和工艺管道泵出口和中和罐循环管道上做在线浓度（固含量）检测可以更精确的控制浓度在14.5-16.0%，因此可以更精确的控制成品（粉丝、腐竹等）的质量，实现高品质高效率生产。 ATAG0（爱拓）在线浓度仪，采用管道安装的方式，安装在中和罐泵出口和中和循环管道上，在线检测大豆蛋白的固形物浓度，并将浓度值远传到DCS。ATAGO在线浓度计可测全量程0-100%，因生产环境要求。 主要选购配件： 主要选购配件： ATAGO(爱拓 )在线浓度计 CM-800α 市场标准价格：56000元 ATAGO(爱拓 )在线浓度计 PRM-100α 市场标准价格：157500元 请尽快联系我们构建您的在线浓度检测系统，索取在线浓度监测系统参数征询建议吧！

p 据麦姆斯咨询报道，纳米气体传感器创新厂商AerNos近日宣布，它们开发出了一款微型、高精度、经济型纳米气体传感器，能够同时探测多种ppb级(十亿分之一)的有害气体，这款气体传感器专为物联网互联设备集成而设计。/pp　　利用AerNos专利的AerCNT技术，其智慧城市空气污染纳米气体传感器(AerSCAP)产品线得以探测一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、地表臭氧、二氧化硫以及瓦斯泄漏。目前，AerNos AerSCAP产品提供三种配置，分别能够支持同时探测3、4、7种有害气体。AerNos AerSCAP产品为固定式和移动应用进行了优化设计，能够方便的集成进入现有的城市基础设施，如街灯、泊车计时器、交通灯、监控系统、公共运输系统以及其他智慧城市实施。/pp/p

近日，来自山东师范大学物理与电子科学学院的联合研究团队发表了一篇题为Effects of Temperature and Humidity on the Absorption Spectrum and Concentration of N2O Using an Open-Path Sensor System的研究论文。IntroductionSince China’ s proposal of the “carbon peak” and “carbon neutrality” goals, the government and society have attached great importance to the problems of air pollution and global warming. Nitrous oxide (N2O) is among the six greenhouse gases under the Kyoto Protocol. N2O content is relatively low compared to carbon dioxide (CO2), but its global warming potential is about 310 times that of CO2. In addition, it is destructive to ozone (O3). There are many reasons for the changes in N2O concentrations in the atmosphere, which are partly due to anthropogenic activities, such as the widespread use of fertilizers in agricultural activities. The concentrations of other gases in the atmosphere, as well as the wind speed and direction, are all correlated with changes in N2O concentrations. At the macro level, temperature and humidity are also factors affecting the absorption coefficient of N2O gas. However, relatively few studies have been conducted on the specific effects of temperature and humidity on N2O gas, and analysis has also been lacking on the influence of temperature and humidity on the absorption spectrum and the concentration of N2O. Moreover, some uncertainty and variability remain in the observations of the relationship between N2O gas concentrations and temperature and humidity. The reasons for these discrepancies may be regional differences, differences in observation methods, and imperfections in data, which are all important bases for measuring the N2O concentration in atmospheric, medical, combustion, and agricultural processes. Thus, further research and exploration, combined with additional field observations and modeling experiments, can uncover the mechanism of temperature and humidity on the N2O concentration. Consequently, providing a scientific basis for this concentration is essential for reducing N2O emissions, controlling climate change, and promoting sustainable development and environmental protection. 简介自中国提出“碳峰值”和“碳中和”目标以来，政府和社会对空气污染和全球变暖问题给予了极大关注。N2O是《京都议定书》下的六种温室气体之一。与二氧化碳（CO2）相比，N2O含量相对较低，但其全球变暖潜力约为CO2的310倍。此外，它对臭氧（O3）具有破坏性。大气中N2O浓度的变化有许多原因，部分原因是人类活动造成的，例如在农业活动中广泛使用化肥。大气中其他气体的浓度以及风速和风向都与N2O浓度的变化相关。在宏观水平上，温度和湿度也是影响N2O气体吸收系数的因素。然而，对温度和湿度对N2O气体具体影响的研究相对较少，对温度和湿度对N2O吸收谱和浓度的影响分析也不足。此外，在N2O气体浓度与温度和湿度之间的关系观察中仍存在一些不确定性和变异性。导致这些差异的原因可能是地区差异、观测方法差异以及数据的不完善，这些都是测量大气、医疗、燃烧和农业过程中N2O浓度的重要基础。因此，进一步的研究和探索，结合更多的现场观测和建模实验，可以揭示温度和湿度对N2O浓度的机制。因此，为减少N2O排放、控制气候变化，促进可持续发展和环境保护提供科学依据至关重要。Experimental DetailsSensor SetupBased on WMS technology and an open optical path, an open optical-path detection system for detecting N2O gas in the atmosphere was built. The schematic diagram is shown in Figure 1. The sensor system is composed of a light-source module, photoelectric Remote Sens. 2023, 15, 5390 4 of 11 detection module, and data processing module. The light-source module mainly consists of signal generation, a laser drive, QCL, and an indication light source. To effectively realize the tunable characteristics of laser emission wavelength, we designed the signal generator plate to generate a high-frequency sine wave signal with a frequency of 10 kHz to realize the modulation function and to generate a low-frequency sawtooth wave signal with a frequency of 10 Hz to realize the scanning function. The two signals are superimposed on the laser driver, controls the temperature and central emission wavelength of QCL and converts it into an injection current acting on the detection light source QCL so that the emission wavelength of QCL is in the tunable range of 2203.7–2204.1 cm&minus 1.实验细节传感器设置基于波长调制光谱学（WMS）技术和开路光学路径，建立了一种用于检测大气中N2O气体的开路光学路径检测系统。示意图如图1所示。该传感器系统由光源模块、光电检测模块和数据处理模块组成。光源模块主要包括信号生成、激光驱动、量子级联激光器（QCL）和指示光源。为了有效实现激光发射波长的可调特性，我们设计了信号生成器板，生成频率为10 kHz的高频正弦波信号以实现调制功能，并生成频率为10 Hz的低频锯齿波信号以实现扫描功能。这两个信号叠加在激光驱动器上，控制QCL的温度和中心发射波长，并将其转化为作用于检测光源QCL的注入电流，使QCL的发射波长处于2203.7–2204.1 cm-1的可调范围内。Figure 1. Schematic diagram of N2O open optical sensor system.项目使用的激光驱动器是宁波海尔欣光电科技有限公司的QC750-TouchTM量子级联激光屏显驱动器。&bull 集成电流及温控驱动，功能完备；&bull 温度控制驱动采用非PWM式的连续电流输出控制，大大延长TEC器件的使用寿命；&bull 多种输出安全保护机制，保护QCL使用安全：可调电流钳制、输出缓启动、过压欠压保护、超温保护、继电器短路输出保护；&bull 大电流软钳制功能，避免误操作大电流损坏激光管；&bull UI界面显示便于用户操作使用及数据观测；&bull 全自主研发，集成度高，性价比高。QC750-TouchTM, Ningbo HealthyPhoton Technology, Co., Ltd.Selection of N2O TransitionsTo achieve effective detection of N2O gas molecules, we need to select the absorption line intensity and the emission central wavelength of the laser. First, combined with the HITRAN-2016 database, the wave number range of 2000–2250 cm&minus 1 was selected to analyze the region of the absorption spectral line intensity of N2O, and then carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), and water (H2O) molecules were simulated and analyzed, as shown in Figure 2. Within this wave number range, the absorption spectra of CO2 were mainly distributed within the 2000–2081 cm&minus 1 range, and the absorption spectra of CO gas were distributed within the 2025–2200 cm&minus 1 wave number range. The absorption spectra of N2O gas were distributed before the 2020 cm&minus 1 wave number range. The absorption spectra of N2O gas molecules were mainly distributed in the 2200–2250 cm&minus 1 wave number range, and they were far from the absorption spectra of water vapor and other gases, reducing interference. At around 2203.7 cm&minus 1 , the absorption spectra of N2O gas were the strongest. Therefore, we set the position of the N2O absorption line to 2203.7333 cm&minus 1, which was used as the wave number of the QCL emission center. The corresponding spectral line intensity was 7.903 × 10&minus 19 (cm&minus 1 .mol&minus 1 ). The central current and temperature of QCL were set at 330 mA and 36.0 ◦ C, respectively.N2O跃迁的选择为了有效检测N2O气体分子，我们需要选择吸收线强度和激光的发射中心波长。首先，结合HITRAN-2016数据库，选择了2000–2250 cm&minus 1的波数范围，以分析N2O吸收光谱线强度的区域，然后对一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）和水（H2O）分子进行了模拟和分析，如图2所示。在这个波数范围内，CO2的吸收光谱主要分布在2000–2081 cm&minus 1范围内，CO气体的吸收光谱分布在2025–2200 cm&minus 1波数范围内。H2O气体的吸收光谱分布在2020 cm&minus 1波数范围之前。N2O气体分子的吸收光谱主要分布在2200–2250 cm&minus 1波数范围内，远离水蒸气和其他气体的吸收光谱，减少了干扰。在2203.7 cm&minus 1左右，N2O气体的吸收光谱最强。因此，我们将N2O吸收线的位置设置为2203.7333 cm&minus 1，用作QCL发射中心的波数。相应的光谱线强度为7.903 × 10&minus 19（cm&minus 1mol&minus 1）。QCL的中心电流和温度分别设置为330 mA和36.0 ℃。Figure 2. The intensity distribution of absorption lines of N2O, CO, CO2, and H2O in the range of 2000–2250 cm&minus 1.ConclusionsIn this study, we investigated the effects of temperature and humidity on the concentration of N2O and its absorption spectra using an open-path sensor system. By combining theoretical analysis and field monitoring, we first conducted monitoring of N2O in a campus environment, analyzing the effects of temperature on its concentration and absorption spectra. We discovered that the concentration of N2O would increase correspondingly with the increase in temperature. The influence of humidity on N2O concentration was monitored under the condition that the ambient temperature of the laboratory remained unchanged. The concentration of N2O was negatively correlated with humidity. The 2f and 1f signals under different temperature and humidity levels were extracted for analysis. We found that the higher the temperature, the smaller the peak value of the 2f and the 1f signals, which accords with the trend of the Gaussian function changing with temperature. Under different humidity conditions, the lower the humidity, the larger the 2f signal peak the higher the humidity, the smaller the 2f signal. This study is of great significance for analyzing the relationship between N2O and environmental parameters such as temperature and humidity. We hope that our research findings can assist environmental agencies in formulating more effective environmental policies for different environments. In the future, we can use QCL to analyze the relationship between N2O and other environmental and gas parameters.结论在本研究中，我们利用开路传感器系统研究了温度和湿度对N2O浓度及其吸收光谱的影响。通过理论分析和现场监测相结合，我们首先在校园环境中进行了N2O监测，分析了温度对其浓度和吸收光谱的影响。我们发现随着温度升高，N2O浓度相应增加。在实验室环境中，保持环境温度不变的条件下监测了湿度对N2O浓度的影响。N2O浓度与湿度呈负相关。在不同温度和湿度水平下提取并分析了2f和1f信号。我们发现温度越高，2f和1f信号的峰值越小，这与高斯函数随温度变化的趋势相符。在不同湿度条件下，湿度越低，2f信号峰值越大；湿度越高，2f信号越小。这项研究对分析N2O与温度、湿度等环境参数之间的关系具有重要意义。我们希望我们的研究结果能够协助环境机构为不同环境制定更有效的环境政策。未来，我们可以利用QCL来分析N2O与其他环境和气体参数之间的关系。参考：Effects of Temperature and Humidity on the Absorption Spectrum and Concentration of N2O Using an Open-Path Sensor System, Remote Sens. 2023, 15, 5390.

在满足目前各种应用需求的前提下，光谱分析仪器和方法也在不断的创新发展中，不论是分子光谱还是原子光谱都涌现了一系列创新的成果，特别是拉曼光谱、近红外光谱、激光诱导击穿光谱、太赫兹、超快光谱、荧光相关光谱、高光谱等相关技术彰显了极具诱惑的市场活力，引领着行业发展的方向。第十二届光谱网络会议（iCS 2023）中，近50位专家报告充分彰显了光谱创新潜力，纷纷展示了一系列的创新成果：从仪器整机到关键部件；从系统集成到方法开发；从大型科研仪器，到用于现场的便携、手持设备；从实验室检测设备，到过程分析技术……为了更好的展示这些创新成果，同时也进一步加深专家、用户、厂商之间的合作交流，会议主办方特别策划《光谱创新成果“闪耀”iCS2023》网络专题成果展，集中展示本次光谱会凸显的创新成果，包括但不限于仪器、部件、技术、方法、应用等。大连理工大学 陈珂副教授本次会议中大连理工大学陈珂副教授介绍了其课题组在光纤光声气体传感技术及应用方面开展的一系列工作（点击回看》》》），得到与会老师的关注和认可。会后，我们也再次邀请陈珂副教授分享大连理工大学光纤光声传感研究团队的系列成果。1、成果简介大连理工大学光纤光声传感研究团队开展了光纤声波/振动传感技术和光声光谱微量气体检测技术的应用基础研究工作。在光纤传感技术研究方面，首次提出并设计了超高灵敏度光纤悬臂梁声波传感器，信噪比相比于传统电学麦克风提高了1-2个数量级；研制出超高速振动/声波传感解调仪器，采用光谱解调法实现了200 kHz的解调速度，将解调算法集成到FPGA中，大幅度提升了解调的稳定性。在光声光谱技术研究方面，将光纤声波传感器用于光声信号探测，提出了干涉型光纤声波锁相探测方法，设计了新型的光纤悬臂梁增强型光声光谱仪器，实现了对多种微量气体的超高灵敏度检测。研究了基于光纤光声传感的变压器油中溶解气体原位检测技术，研究了气体绝缘设备中六氟化硫分解产物的光纤光声检测技术，并在多个变电站开展了示范应用。根据变压器油中溶解气分析和煤矿瓦斯突出应用需求设计了多套激光光声光谱多组分气体分析仪器，掌握了目前世界上唯一的高瓦斯背景中多组分微量气体光学检测技术。成果1：光纤振动/声波传感器及解调仪器设计的光纤振动/声波传感器采用MEMS悬臂梁结构，具有灵敏度高、稳定性好的特点。研制了基于光谱解调的超高速光纤法布里-珀罗（F-P）传感解调仪，在FPGA中集成光谱采集、光谱相位解调等功能，显著提升了解调速度和稳定性。成果2：光声光谱变压器油中溶解气体分析仪针对高电压油浸式变压器油中溶解气体分析需求，研制了多套激光光声光谱气体分析仪。其中对油中溶解乙炔气体的检测极限达到0.05μL/L。，同时课题组还开发了光声光谱油中溶解气体原位检测仪，可以直接将光声传感器安装于变压器取油口。 成果3：光纤光声传感解调仪器本团队创新性地将光纤F-P声波传感器用于微弱光声信号探测，研制了多套光纤光声传感解调仪器。在FPGA中集成了相位解调算法、数字锁相、激光调制等功能。对乙炔气体的检测极限可达到ppt量级。 成果4：光声光谱煤矿自然发火监测仪研制的光声光谱煤矿自然发火监测仪，可对多种特征气体进行同时测量。检测指标如下：乙炔：0.5ppm；乙烯：1ppm；一氧化碳：1ppm；乙烷：5ppm；甲烷：0.1%；二氧化碳：0.1%成果5：高精度光声光谱环境气体分析仪开发的二氧化氮和二氧化硫气体分析仪，可对环境中痕量气体进行实时监测。二氧化氮气和二氧化硫气体的检测限分别达到1ppb和10ppb。下图中实验数据是开发的二氧化氮气体分析仪与环境监控站的对比结果。成果6：多通道同步FPGA数字锁相放大器针对光谱探测中微弱光信号检测需求，开发了多通道同步FPGA数字锁相放大器。采用定制的线阵探测器对光谱进行同步快速读取，光功率检测极限达到10fW量级，动态范围达到120dB。 2、产业化探索本团队开发的光谱检测、光纤传感类检测仪器具有较高的技术成熟度。在电力、石化等行业具有较好的应用前景。3、课题组未来研究计划光声光谱与光纤传感技术结合后，具有本质安全、抗电磁干扰、灵敏度高、可远距离探测以及多点测量等优势。本课题组将重点研究光纤光声传感技术中的基础科学问题以及工程应用关键技术。欢迎电力、石化、煤矿和环境监测等相关科研院所和公司联系我们。联系人：陈珂（大连理工大学）Email：chenke@dlut.edu.cn课题组介绍陈珂，大连理工大学光电工程与仪器科学学院副教授，博士生导师，大连市青年科技之星，光纤光声传感团队负责人，主要从事光纤传感、激光光谱和微弱信号检测等方面的研究工作。担任中国光学工程学会光谱技术及应用专委会委员，中国电气工程学会测试技术及仪表专委会状态监测学组委员，国家自然科学基金通讯评审专家。工作近8年来，共主持科研项目32项，其中，国家自然科学基金面上项目等国家级项目2项，省部级项目2项，大连市高层次人才创新支持计划项目1项，企业合作项目20余项；在Analytical Chemistry、Optics Letters等期刊上发表SCI/EI论文93篇，其中第一/通讯作者论文63篇；已申请和授权发明专利43项，其中第一发明人专利21项。

导 读在作为环保产业年度重要展示平台的“环博会”上，四方光电现场展示了烟气排放监测、发动机排放气体监测、室外扬尘监测、油烟监测、温室气体监测、工业过程在线气体监测等气体成分及流量测量的解决方案。其中，包括满足碳排放监测要求的烟气分析解决方案首次亮相，在业界引起了不小的轰动。站在“十四五”的开局之年，环保产业又迎来了新的发展突破口。四方光电将如何助力国家“双碳”目标的达成?面对新的发展形势，四方光电又将如何适应新形势，做好布局与规划?四方光电董事长熊友辉博士接受了环保在线记者专访。四方光电董事长 熊友辉博士深耕气体传感器创新领域，构筑核心技术“护城河”  熊友辉博士告诉环保在线记者，四方光电长期专注于气体传感器的科技创新，从创立的2003到2011年，四方光电主要发展基于核心气体传感器的工业过程和环境监测气体分析仪器，并逐步启动民用气体传感器产业配套 2012到2020年，四方光电积极发挥核心技术及质量体系的优势，发力智能家居、智慧医疗、汽车电子等领域，逐步形成了智能气体传感器与高端气体分析仪器双轮驱动的发展格局。  2003年，四方光电成功开发基于电调制非分光红外气体传感器，该产品于2004年通过湖北省科技厅组织的科技成果鉴定，达到国际先进技术，此后该产品获得“国家重点新产品”证书。针对双光束NDIR 气体传感器测量二氧化硫(SO2)、一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)存在水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)等的较强干扰，同时测量低端分辨率不高的缺点，公司通过对微流量芯片-微流量红外探测器-微流红外气体传感器(micro-flow NDIR)的深度开发，已经成为在技术上可以与国际上气体分析仪器巨头并肩的厂家之一。微流红外气体传感器项目也于2020年获得工信部强基工程-传感器“一条龙”示范项目。通过十余年的持续创新，目前四方光电已形成了包括光学(红外、紫外、光散射、激光拉曼)、超声波、MEMS金属氧化物半导体 (MOX)、电化学、陶瓷厚膜工艺高温固体电解质等原理的气体传感技术平台。通过使用上述一种或多种技术组合，四方光电能够根据客户需求提供多种产品。  熊友辉博士表示，当前四方光电的环境监测气体分析仪器产品主要应用于烟气、尾气监测领域。其中烟气监测领域产品包括红外(紫外)烟气传感器模组、红外(紫外)烟气分析仪、烟气排放连续监测系统(CEMS)及船舶废气排放连续监测系统。主要检测对象是二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氧气(O2)、颗粒物(PM)的浓度，应用于火力发电厂、炼钢厂、垃圾焚化厂等产生污染气体的工业企业等固定污染源及大型船舶等移动污染源。在尾气监测领域，公司采用高性能双光束NDIR检测一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳氢化合物(HC) 采用微流红外、非分光紫外(NDUV)、紫外差分(UV-DOAS)技术直接检测氮氧化物(NOx)，而不需要采用复杂且昂贵的NOX转换器。依托NDIR核心技术积累，发力温室气体监测市场正当时    “2020年习近平总书记在联合国发展大会上代表中国提出了2030碳达峰、2060碳中和的宣言，也为环保行业的发展树立了新目标”，熊友辉博士向记者介绍，在碳中和产业中的温室气体在线监测领域，四方光电具有较好的技术和产业基础，目前在碳中和监测控制领域具有较多应用场景。四方光电在碳中和领域最典型的应用就是对多种温室气体的总量(温室气体成分分析仪器+气体流量)计量。  在二氧化碳(CO₂)的气体检测方面，四方光电有两种不同用途的CO2传感器：一种是四方光电采用NDIR热电堆红外技术开发的民用/车载用的扩散式CO2传感器，一种是四方光电全资子公司-湖北锐意自控采用微流红外、双光束红外(热电堆或者热释电)等技术开发的高端CO2传感器。前者主要用于绿色建筑和智能座舱中的暖通空调(HVAC)控制，确保在舒适安全条件下的节能减排，通过智能化降低建筑和车辆的碳足迹 后者主要用于工业、农业过程中CO2排放总量的高精度测量,用于碳排放的核查和交易。后者的精度要求显著高于前者，价格比前者也高两个数量级。  当然，碳中和领域对气体的监测不仅仅是CO2气体浓度，而是多种温室气体的总量(成分+流量)计量。京都议定书中规定控制的6种温室气体，除二氧化碳(CO₂)之外，还有甲烷(CH₄)、氧化亚氮(N₂O)、氢氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)、六氟化硫(SF6)。四方光电全资子公司湖北锐意自控的微流红外、双光束红外、TDLAS等气体传感器技术可以应用在对工业污染源的上述多种温室气体排放浓度的监测 同时公司具备的超声波、差压等原理的气体流量传感器可以用于温室气体流速和体积的监测。公司以工业用气体传感器技术平台、分析仪器及工信部沼气工程物联网专项为基础，为大中型沼气工程、生物质燃气工程、煤层气瓦斯气综合利用工程等诸多领域提供了包括测量CH4和CO₂等气体质和量的计量装置，这些装置是开展清洁发展机制(CDM)碳交易的基础数据。随着碳减排逐渐成为一些国家的自愿行为，以及碳核查基于的MRV(可测量、可报告、可检验)原则，对温室气体排放总量在线监测系统的需求将呈现增长趋势。  我国已经安装了大量的CEMS系统用于环保监测， 主要是对二氧化硫(SO2)、一氧化氮(NO)、粉尘颗粒物(PM)的监测。碳中和政策出来后，需要增加CO2、CO等“碳”的测量指标，由于CO含量较低，因此微流红外传感器成为测量CO2+CO参数的最佳选择。同时用于碳交易还需要更加准确的烟气流量传感器配合，目前大量的CEMS系统采用皮托管差压原理测量流速并测算流量，由于是“点式”测量，准确度与气体分析仪器的精度相差巨大，因此有必要开发新型的高精度烟气流量传感器，例如超声波、红外相关法、静电法等原理的新型烟气流量计。协同气体传感器技术平台，新产品层出不穷    熊友辉博士表示，碳中和关系到产业链的方方面面，从原材料和能源的开采到产品进入市场，每一个环节都需要控制碳排放，这也让气体环境监测仪器有了广阔的市场。比如，烟气分析仪是大气环境监测系统的重要组成部分，但烟气成分较为复杂，主要成分有二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氧气(O2)等，随着排放标准越来越低，对烟气分析仪的性能要求也越来越高。这次四方光电全新推出的烟气分析仪Gasboard-3000UV，集公司多种核心气体传感技术于一体：基于UV-DOAS紫外差分吸收光谱气体分析技术测量二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)，微流NDIR技术测量一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)，双光束红外NDIR测量二氧化碳(CO2)等。结合公司超声波气体流量测量十余年的技术积累，公司正在积极开发超声波烟气流量计，因此可以一站式满足国内碳排放的监测要求。  在室外空气品质监测领域，记者看到四方光电也在持续发挥技术优势，推陈出新。问及此次室外扬尘监测传感器展区产品时，熊友辉博士向记者介绍了产品开发的初衷以及创新应用对产业链的推动作用：我国室外扬尘网格化监测经历了早期的β射线吸收法到采用民用净化器大量应用的激光粉尘传感器的过程。在使用过程中发现，民用的激光粉尘传感器不仅不能满足-30~70℃室外环境温度的全天候使用要求，同时还必须面对监测场所，特别是建设工地经常喷洒降霾的水雾影响，或者下雨潮湿的气候环境等。这种环境下，水雾经常被判断为严重雾霾造成爆表。民用激光传感器由于激光功率小，采样流量小，PM10分辨率很低，无法提供准确的PM10, 通常采用根据PM2.5的数字进行比例计算，造成PM10监测数据失真。在这种背景下，四方光电通过采用宽温型大功率线型激光光源、API粉尘自动识别技术、先进的流道设计实现抗污染、大流量车规级采样装置、高湿度环境的水雾去除装置等，研制出了扬尘传感器PM3006系列产品，低成本地实现了对室外扬尘粉尘与β射线吸收法达到0.9相关系数的高精度测量。凭借长期的技术积淀、良好的产品性能，目前四方光电室外扬尘监测传感器PM3006系列已取得多项发明专利及实用新型专利。在国内市场，多款搭载PM3006系列的扬尘监测类产品，获得了计量器具型式批准证书(CPA) 在海外市场，同样也取得了当地权威机构的测试认证。在韩国多款搭载PM3006的户外监测类产品，获得了韩国环境部授权的三大认证机构(KTR/ KECO/ KCL)的最高等级1级认证。目前，产品已经销往全国并出口到海外多个国家和地区，被国内外知名企业认可。  最后，四方光电熊友辉博士告诉记者，四方光电也将不忘初心，依托在气体传感器及分析仪器方面的技术积累，开发出更多的优质产品 也将持续关注行业发展趋势，发挥自身技术优势，为早日实现“碳达峰”和“碳中和”目标贡献力量。  关于四方光电    四方光电股份有限公司(以下简称“四方光电”)是一家从事智能气体传感器和高端气体分析仪器的科创板上市企业(股票代码688665)。公司2003年成立于武汉“光谷”，形成了包括光学(红外、紫外、光散射、激光拉曼)、超声波、MEMS金属氧化物半导体 (MOX)、电化学、陶瓷厚膜工艺高温固体电解质等原理的气体传感技术平台，拥有100余项国内外专利，产品广泛应用于空气品质、环境监测、工业过程、安全监测、健康医疗、智慧计量等领域。  四方光电建设有省级企业技术中心和湖北省气体分析仪器仪表工程技术研究中心。同时公司积极融入国家技术创新体系，先后获得国家重大科学仪器设备开发专项、工信部物联网发展专项、工信部强基工程传感器“一条龙”、科技部科技助力经济2020重点专项、湖北省技术创新重大项目等多个项目的支持，被国内外行业权威机构列为中国气体传感器主要厂商和代表性企业，并荣获中国物联网产业联盟“最具影响力物联网传感企业奖”。  四方光电作为中国气体传感器的龙头企业，凭借长期的技术沉淀、严格的质量体系及国际化视野，已经成为诸多世界500强及国内外细分领域头部企业的配套供应商。目前公司产品已经出口至八十多个国家和地区，正在朝着传感器领域的国际品牌迈进。

根据应用场景选择合适传感器光学气体传感器是多种分析设备的核心部件，直接决定了仪器的性能指标和功能，仪器设计之初，传感器选型非常重要。市面上各种原理、各个厂家的光学气体传感器琳琅满目，指标参数参差不齐，要如何选择最合适、性价比最高的传感器呢？实际上每款传感器都有其优缺点和适用范围，要么性能指标有优势，要么可靠性更值得信赖，要么价格便宜等等。要根据具体需求和应用场景选择合适传感器，比如经常要测量组分繁杂、湿度高的气体，最好选择UVDOAS、FTIR这类色散分光原理的气体传感器。关于传感器的性能、体积、功耗、扩展性、价格等要综合权衡。 传感器性能指标权衡选择光学气体传感器，首先传感器的关键指标参数要优于预研仪器的设计参数，除体积重量外，一般要考虑以下几点要素，（每个要素都很复杂，本期先简单描述，后面几期再根据反馈详细分析）：1. 测量气体种类和干扰。前者好理解，要和仪器的目标气体一致，比如开发环境空气CO2分析仪器选择低量程LY-NDIR双通道CO2模块就完全能满足要求，但在背景气中有干扰组分的就要同时考虑干扰组分的同时测量，这是很多仪器开发者经常忽略的问题。比如开发污染源SO2分析仪选择NDIR原理就要考虑烟气常见组分CH4的干扰，因为红外波段CH4在SO2吸收峰处同样有吸收，会带来正干扰，当然选择紫外差分原理的如LY-UVDOAS系列的传感器就不用考虑CH4干扰。2. 量程、检出限和线性误差。分别代表了传感器的实际测量范围、最低响应浓度和结果正确度，其中量程和检出限指标是一对有点矛盾的参数，一般长光程设计的传感器，会有低的检出限和量程指标，反之亦然，当然，也有少数高端的传感器可以两者都兼顾，比如崂应的UVDOAS系列传感器，通过自适应调整光谱波段算法，测超低浓度时选择强吸收谱段反演计算测，超高浓度时选择弱吸收谱段反演计算，这样两个参数都能获得很优秀的指标。3. 响应时间、重复性和稳定性响应时间一般是T90、T10，表征了传感器的响应速度，跟气室体积、气体流速和平滑算法都有关系，因此也与精度、检出限指标有点负相关。关于重复性和稳定性，一般是在环境条件稳定的情况下，反复多次测量结果的一致性程度。4. 漂移（零漂、量漂）和适用温度范围漂移指标分为不同时间的漂移，常见的有1h/4h/8h/24h/月/年漂移，便携式仪器，小时漂移更重要，在线运行仪器月漂移也很重要，这关系到仪器设计或运行时的调零周期，有些仪器还需要设计自动调零气路。适用温度范围，在本文中不仅指传感器可工作的温度范围，还代表确保传感器精度/线性误差满足指标的温度范围，温度对光学气体传感器的影响非常大，所以需要确定精度是在什么温度范围内能满足。有些传感器比如崂应UVDOAS/NDIR/NDUV系列，采取了大量的措施确保了温度适用性，指标表里的误差均是指在工作温度范围内都能满足的误差；也有很多传感器指标误差中仅仅在室温条件满足（有些在指标表中看不出，有些会用温度漂移1℃示值漂移不超过满量程的多少来描述），这样就意味着仪器设计中要考虑增加对气体传感器应用环境的恒温设计或温度补偿算法，以满足仪器的高低温性能指标要求，据了解在多个领域的标准中都有仪器高低温适用性指标要求，毕竟仪器的客户群体大多分布在全国各地，四季温差、昼夜温差跨度非常大。5. 考虑升级和可扩展性，在仪器整个生命周期中，满足当前设计指标就可以？还是会根据市场需求而扩展升级（这种情况在快速发展的行业中是经常出现的，污染源监测行业指标就一直随着环保需求而不断收紧）？如果是后者，在核心传感器选型时就要考虑传感器的指标可扩展性，市面有少数高端传感器具备扩展空间，比如崂应的大部分UVDOAS传感器和NDIR传感器可以在硬件不变的情况下升级扩展量程，LY-UVDOAS更是可以在原基础上扩展测量气体的种类，然而这些扩展功能是基于深厚的技术水平的，能做到、做好的不多，有仪器扩展升级考量的要仔细甄别，选择对的传感器，有利于仪器的快速升级、缩减研发时间和成本。关于光学气体传感器的价格和价值这是个有意思的话题，本文简单一说。市面上不同传感器价格差异很大，这跟很多因素有关，最关键的还是指标。有些传感器是半定量的，有个不离谱的示值就可以，仅作为一个参考，这种很便宜；有些较准确，可以作为阈值判断用，价格一般；有些给出精确示值，比如误差在±5%以内，属于工业级的，价格较高；有些更高端的传感器给出更精确示值、表现非常好的环境使用性，比如误差在±2%甚至±1%以内，价格很高。不同等级的传感器，价格差异是数量级的，毕竟气体传感器做到一定精度指标之后，每一点小的提升，都会需要付出很高的成本代价去实现。所以，要根据预研仪器的要求和定位选择最合适的传感器。另外，传感器的附加值差异也很大，比如价格对比时，不要单独看一个传感器的价格，要看测一种气体的价格，比如多通道LYNDIR传感器一种气体的价格就明显低于多个单一气体传感器，同时去除了相互间的干扰，节省了体积，对仪器设计而言，增加功能同时省时、实力、省空间，性价比自然高很多。关于传感器之外的隐形附加价值也要权衡。比如购买崂应的传感器，就附加了定制化的解决方案，协助根据应用场景选择最佳好传感器、设计时用好，高质量的售后服务和可能的升级空间。最后，传感器基本选好了后，还要实测，尤其上文中提到的几个关键指标，毕竟光学气体传感器良莠不齐，自己测过才知道。欢迎致电崂应咨询交流。

2023年9月23-24日，由中国仪器仪表学会分析仪器分会化学传感器专业学组（专业委员会）主办的第十六届全国化学传感器学术会议（SCCS2023）于山东省济南市举办，两天时间里，湖州师范学院教授王桦（冯路平代讲）、华中科技大学副研究员闫凯、江苏大学副教授殷秀莲、南京大学教授毛亮、中国科学院长春应用化学研究所副研究员余登斌、中国科学院烟台海岸带研究所研究员张志阳在分会场带来了关于化学传感器在环境领域中应用的精彩报告湖州师范学院教授 王桦（冯路平代讲）报告题目：《纳米医学与环境智能传感监测技术及其产业化应用》冯路平介绍道，医学与环境标志物传感的基体材料包括：微纳通道结构的介孔导电材料可用于吸储液体中的标志物，可折叠柔性聚合物用于包埋标志物敏感的导电探针并印制功能电极，改性石墨烯Jet ink打印导线用于连接探头以及微型电化学处理器及信号输出装置，最后通过电聚合、分子自组装、功能涂覆、溶胶-凝胶法等技术将功能材料修饰于微电极上制成高通量芯片探头。通过该技术可研发出智能标志物传感探针，用于对人体健康及水中环境污染物实现在线监测华中科技大学副研究员 闫凯报告题目：《新型光电化学传感体系的构建及其分析应用》闫凯基于环境分析和生物分析的技术发展要求，以光电极性能优化、传感装置小型化、多目标物检测的光电化学传感搭建为目标，在基于近红外光电活性增强的半导体材料构建高性能光电化学传感体系、构建非铂阴极单室PFC用于自供能光电化学检测、基于图案化刻蚀导电基底构建比率型多目标物传感平台研究三个方面进行讨论，实现用电催化、光催化和酶催化来降解污染物。江苏大学副教授 殷秀莲报告题目：《基于图像模式识别的三维荧光光谱库技术及其在水体污染物检测中的应用》殷秀莲教授对自己的研究介绍道，利用三维荧光技术进行多维数据获取，取得每种污染物28个浓度样本，共28×4张EEM图谱图像，其中5×4张作为测试样本，定性识别准确率为100%。该方法为荧光光谱数据库建立和EEM数据分析开辟了一条新的途径，所提出的特征获取、特征提取及谱检索技术，对其他的光谱数据库建立有借鉴意义。此外，为AI大模型在荧光光谱分析中的应用提供数据准备基础，在水环境监测等领域提供帮助。南京大学教授 毛亮报告题目：《海水中氚的食物链传递风险》毛亮教授从核设施和核污染等热点问题出发，结合氚在食物链中的传递规律和内在机制，研究了氚在海洋中的生物效应。他介绍道，采用放射性同位素标记示踪技术进行研究，发现杜氏蓝藻会通过光合作用使氚水快速转化为有机氚，并经过食物链暴露使丰年虾体内有机氚含量上升，最后通过食物链逐级传递。毛亮教授的研究对当下核废水污染问题极具意义，他总结道，核污染中的氚危害不能仅看海水中浓度，更要关注其化学效应。中国科学院长春应用化学研究所副研究员 余登斌报告题目：《水体综合毒性比色检测新方法开发》基于水体检测任务的需要和国家环境政策导向，发展各种水体毒性检测新方法对检测多场景水体必不可少。余登斌介绍道，根据电化学检测原理，分别研发出了利用基因工程改造的绿脓杆菌分泌的大量绿脓菌素构建了免外加媒介体的水体毒性比色检测方法；利用电致变色普鲁士蓝阴极和生物阳极构建了水体毒性可视化检测传感器；基于E. coli-BQ快速颜色反应实现了水体毒性比色/电化学双信号检测和智能手机辅助RGB模型检测；基于容解性不大的铁盐稳定释放下Fe3+生物合成普鲁士蓝指示剂成功构建了水体毒性比色/电化学检测及酶标仪辅助的高效检测方法。同时，他还提到，新技术相较于传统方法具有操作简便、检测全面、快速灵敏等特点，并支持在线监测。中国科学院烟台海岸带研究所研究员 张志阳报告题目：《面向海岸带环境分析监测的光学纳米传感方法研究》海岸带环境分析监测是了解海洋生态系统健康的重要手段，但海岸带污染物情况复杂，环境分析难度大，基于此，张志阳团队发展光学纳米分析原理与技术，为海岸带生态安全与健康提供支撑。他以样品检测案例介绍道，针对污染物，利用纳米材料的光学特性，开发高灵敏纳米比色传感器/阵列和表面增强拉曼传感器，可实现对目标物的检测、鉴定及讲解分析。最后，张志阳提出展望，未来将强化交叉学科，进一步探究传感原理在环境检测上的应用。随着环境保护意识的不断提高和环境监测技术的不断发展，电化学传感器在环境监测领域的应用前景越来越广阔。未来，电化学传感器将朝着更灵敏、更稳定、更耐用的方向发展，实现环境数据的实时采集和远程监控，同时将探索更多的应用领域，为保护人类的生存环境做出更大的贡献。

基因编码的荧光传感器可以在单细胞水平追踪代谢物、蛋白质或重金属离子等细胞内靶标的丰度变化和动力学分布，并解析活细胞的生理过程和信号传导通路。7月24日，《核酸研究》（Nucleic Acids Research）在线发表了中国科学院北京生命科学研究院李幸团队撰写的题为Genetically encoded RNA-based sensors with Pepper fluorogenic aptamer的研究论文。该团队开发了一类基因编码的新型荧光RNA传感器。该传感器能够在活细胞中监测代谢物、外源药物、蛋白与金属离子等靶标，展现出高通量、高内涵药物筛选的潜力。 传统的基因编码传感器由荧光蛋白和结合靶标的蛋白模块组成。然而，由于多数靶标缺乏对应的蛋白模块，科学家难以构建基于荧光蛋白的传感器。此外，基于荧光蛋白的传感器还有信噪比低等缺陷，限制了荧光蛋白传感器的应用。 近年来，基于荧光RNA的传感器发展迅速。荧光RNA传感器由荧光RNA与结合靶标的RNA模块组成。二者通过一个短茎连接。该短茎称为传导模块（transducer module），其热力学稳定性由靶标识别适配体调节。靶标与结合靶标的RNA模块结合，诱导RNA构象变化，调控荧光RNA适配体的荧光强度，从而检测靶标信号，解析其在活细胞中的信号通路。然而，这些荧光RNA传感器通常含有RNA G四链体（RG4）结构。RG4结构可被活细胞解旋酶靶向，导致RNA的解旋或降解，故限制了含RG4的荧光RNA传感器在活细胞中的应用。 为此，李幸团队通过系列实验设计，研发了不包括RG4的荧光RNA传感器。研究选择使用了Pepper荧光适配体。Pepper不含RG4结构，避免了被细胞酶降解或解旋。此外，Pepper亮度高、稳定性强，并能够结合不同小分子探针产生不同颜色的荧光。基于此，李幸团队开发了一系列基于Pepper的生物传感器。进一步，实验表明这些传感器不包含RG4结构，并可以高效监测活细胞中的内源小分子代谢物、外源药物、蛋白质和金属离子等多种靶标。该研究发展的基于RNA传感器率先用于检测人体细胞内的金属离子，为探索人体活细胞金属离子提供了新型基因编码工具（图1）。 该团队基于Pepper的生物传感器，探讨了甲基化代谢物S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl methionine，SAM）代谢通路，测定了靶标药物活性。研究将Pepper与SAM适配体融合，构建出低背景、高响应、高选择性的SAM传感器。进一步，该工作探究了单细胞中SAM合成的代谢来源，解析了SAM合成酶（methionine adenosyltransferase，MATase）的酶活性和基因表达水平。此外，该工作还构建了监测SAM的比率传感器。该传感器精确定量了MATase的酶活性，并准确测定了MATase抑制剂AG-270的半抑制浓度（IC50）。该工作首次发展荧光RNA传感器来准确测定活细胞中的药物IC50，为研发基于RNA的药物筛选平台验证了可行性，并提供了高效的MATase酶药物筛选工具（图2）。 该团队为追踪活细胞内靶标及其信号传导途径提供了高效的生物传感平台，在药物筛选和疾病诊断等领域具有潜在的应用价值。研究工作得到国家自然科学基金等的支持。 图1. 将Pepper改造为高性能荧光RNA传感器，检测细胞内靶标，监测细胞甲基化代谢通路与药物活性图2. 构建基于Pepper的比率传感器，准确测定MATase抑制剂AG-270的半抑制浓度（IC50）

所谓气体传感器，是指用于探测在一定区域范围内是否存在特定气体和/或能连续测量气体成分浓度的传感器。在煤矿、石油、化工、市政、医疗、交通运输、家庭等安全防护方面，气体传感器常用于探测可燃、易燃、有毒气体的浓度或其存在与否，或氧气的消耗量等。气体传感器主要用于针对某种特定气体进行检测，测量该气体在传感器附近是否存在，或在传感器附近空气中的含量。因此，在安全系统中，气体传感器通常都是不可或缺的。从工作原理、特性分析到测量技术，从所用材料到制造工艺，从检测对象到应用领域，都可以构成独立的分类标准，衍生出一个个纷繁庞杂的分类体系，尤其在分类标准的问题上目前还没有统一，要对其进行严格的系统分类难度颇大。气体传感器的分类从检测气体种类上，通常分为可燃气体传感器（常采用催化燃烧式、红外、热导、半导体式）、有毒气体传感器（一般采用电化学、金属半导 体、光离子化、火焰离子化式）、有害气体传感器（常采用红外、紫外等）、氧气（常采用顺磁式、氧化锆式）等其它类传感器。从使用方法上，通常分为便携式气体传感器和固定式气体传感器。从获得气体样品的方式上，通常分为扩散式气体传感器（即传感器直接安装在被测对象环境中，实测气体通过自然扩散与传感器检测元件直接接触）、吸入式气体传感器（是指通过使 用吸气泵等手段，将待测气体引入传感器检测元件中进行检测。根据对被测气体是否稀释，又可细分为完全吸入式和稀释式等）。从分析气体组成上，通常分为单一式气体传感器（仅对特定气体进行检测）和复合式气体传感器（对多种气体成分进行同时检测）。按传感器检测原理，通常分为热学式气体传感器、电化学式气体传感器、磁学式气体传感器、光学式气体传感器、半导体式气体传感器、气相色谱式气体传感器等。先来了解一下气体传感器的特性：1、稳定性稳定性是指传感器在整个工作时间内基本响应的稳定性，取决于零点漂移和区间漂移。零点漂移是指在没有目标气体时，整个工作时间内传感器输出响应的变化。区间漂移是指传感器连续置于目标气体中的输出响应变化，表现为传感器输出信号在工作时间内的降低。理想情况下，一个传感器在连续工作条件下，每年零点漂移小于10%。2、灵敏度灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比，主要依赖于传感器结构所使用的技术。大多数气体传感器的设计原理都采用生物化学、电化学、物理和光学。首先要考虑的是选择一种敏感技术，它对目标气体的阀限制或爆炸限的百分比的检测要有足够的灵敏性。3、选择性选择性也被称为交叉灵敏度。可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定。这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。这种特性在追踪多种气体的应用中是非常重要的，因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性，理想传感器应具有高灵敏度和高选择性。4、抗腐蚀性抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标气体中的能力。在气体大量泄漏时，探头应能够承受期望气体体积分数10~20倍。在返回正常工作条件下，传感器漂移和零点校正值应尽可能小。气体传感器的基本特征，即灵敏度、选择性以及稳定性等，主要通过材料的选择来确定。选择适当的材料和开发新材料，使气体传感器的敏感特性达到优。接下来是关于不同气体传感器的检测原理、特点和用途：一、半导体式气体传感器根据由金属氧化物或金属半导体氧化物材料制成的检测元件，与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化而进行气体浓度测量的。从作用机理上可分为表面控制型（采用气体吸附于半导体表面而产生电导率变化的敏感元件）、表面电位型（采用 半导体吸附气体后产生表面电位或界面电位变化的气体敏感元件）、体积控制型（基于半导体与气体发生反应时体积发生变化，从而产生电导率变化的工作原理） 等。可以检测百分比浓度的可燃气体，也可检测ppm级的有毒有害气体。优点：结构简单、价格低廉、检测灵敏度高、反应速度快等。不足：测量线性 范围较小，受背景气体干扰较大，易受环境温度影响等。二、固体电解质气体传感器固体电解质是一种具有与电解质水溶液相同的离子导电特性的固态物质，当用作气体传感器时，它是一种电池。它无需使气体经过透气膜溶于电解液中，可以避免溶液蒸发和电极消耗等问题。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，几乎在石化、环保、矿业、食品等各个领域都得到了广泛的应用，其重要性仅次于金属—氧化物一半导体气体传感器。这种传感器介于半导体气体传感器和电化学气体传感器之间，选择性、灵敏度高于半导体气体传感器，寿命长于电化学气体传感器，因此得到广泛应用。这种传感器的不足之处是响应时间过长。三、催化燃烧式气体传感器这种传感器实际上是基于铂电阻温度传感器的一种气体传感器，即在铂电阻表面制备耐高温催化剂层，在一定温度下，可燃气体在表面催化燃烧，因此铂电阻温度升高，导致电阻的阻值变化。由于催化燃烧式气体传感器铂电阻外通常由多孔陶瓷构成陶瓷珠包裹，因此这种传感器通常也被称为催化珠气体传感器。理论上这种传感器可以检测所有可以燃烧的气体，但实际应用中有很多例外。这种传感器通常可以用于检测空气中的甲烷、LPG、丙酮等可燃气体。四、电化学气体传感器电化学气体传感器是把测量对象气体在电极处氧化或还原而测电流，得出对象气体浓度的探测器。包含原电池型气体传感器、恒定电位电解池型气体传感器、浓差电池型气体传感器和极限电流型气体传感器。1、原电池型气体传感器（也称：加伏尼电池型气体传感器，也有称燃料电池型气体传感器，也有称自发电池型气体传感器），他们的原理行同我们用的干电池，只是，电池的碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例，氧在阴极被还原，电子通过电流表流到阳极，在那里铅金属被氧化。电流的大小与氧气的浓度直接相关。这种传感器可以有效地检测氧气、二氧化硫等。2、恒定电位电解池型气体传感器，这种传感器用于检测还原性气体非常有效，它的原理与原电池型传感器不一样，它的电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正的库仑分析（根据电解过程中消耗的电量，由法拉第定律来确定被测物质含量）传感器。这种传感器用于：一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中，是目前有毒有害气体检测的主流传感器。3、浓差电池型气体传感器，具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发形成浓差电动势，电动势的大小与气体的浓度有关，这种传感器实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳传感器。4、极限电流型气体传感器，有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧（气）浓度传感器，用于汽车的氧气检测，和钢水中氧浓度检测。主要优点：体积小，功耗小，线性和重复性较好，分辨率一般可以达到0.1ppm，寿命较长。主要不足：易受干扰，灵敏度受温度变化影响较大。五、PID——光离子化气体传感器PID由紫外光源和气室构成。紫外发光原理与日光灯管相同，只是频率高，能量大。被测气体到达气室后，被紫外灯发射的紫外光电离产生电荷流，气体浓度和电荷流的大小正相关，测量电荷流即可测得气体浓度。可以检测从10ppb到较高浓度的10000ppm的挥发性有机物和其他有毒气体。许多有害物质都含有挥发性有机化合物，PID对挥发性有机化合物灵敏度很高。六、热学式气体传感器热学式气体传感器主要有热导式和热化学式两大类。热导式是利用气体的热导率，通过对其中热敏元件电阻的变化来测量一种或几种气体组分浓度的。其在工业界的应用已有几十年的历史，其仪表类型较多，能分析的气体也较广泛。热化学式是基于被分析气体化学反应的热效应，其中广泛应用的是气体的氧化反应（即燃烧），其典型为催化燃烧式气体传感器，其主要工作原理是在一定温度下，一些金属氧化物半导体材料的电导率会跟随环境气体的成份变化而变化。其关键部件为涂有燃烧催化剂的惠斯通电桥，主要用于检测可燃气体，如煤气发生站、制气厂用来分析空气中的CO、H2 、C2H2等可燃气体，采煤矿井用于分析坑道中的CH4含量，石油开采船只分析现场漏泄的甲烷含量，燃料及化工原料保管仓库或原料车间分析空气中的石油蒸 气、酒精乙醚蒸气等。七、红外气体传感器一个完整的红外气体传感器由红外光源、光学腔体、红外探测器和信号调理电路构成。这种传感器利用气体对特定频率的红外光谱的吸收作用制成。红外光从发射端射向接收端，当有气体时，对红外光产生吸收，接收到的红外光就会减少，从而检测出气体含量。目前较先进的红外式采用双波长、双接收器，使检测更准确、可靠。优点：选择性好，只检测特定波长的气体，可以根据气体定制；采用光学检测方式，不易受有害气体的影响而中毒、老化；响应速度快、稳定性好；利用物理特性，没有化学反应，防爆性好；信噪比高，抗干扰能力强；使用寿命长；测量精度高。缺点：测量范围窄；怕灰尘、潮湿，现场环境要好，需要定期对反射镜面上的灰尘进行清洁维护；现场有气流时无法检测；价格较高。八、磁学式气体分析传感器在磁学式气体分析传感器中，常见的是利用氧气的高磁化特性来测量氧气浓度的磁性氧量分析传感器，利用的是空气中的氧气可以被强磁场吸引的原理。其氧量的测量范围宽，是一种十分有效的氧量测量传感器。常用的有热磁对流式氧量分析传感器（按构成方式不同，又可细分为测速热磁式、压力平衡热磁式）和磁力机械式氧量分析传感器。主要用途：用于氧气的检测，选择性极好，是磁性氧气分析仪的核心。其典型应用场合有化肥生 产、深冷空气分离、火电站燃烧系统、天然气制乙炔等工业生产中氧的控制和连锁，废气、尾气、烟气等排放的环保监测等。九、气相色谱式分析仪基于色谱分离技术和检测技术，分离并测定气样中各组分浓度，因此是全分析传感器。在发电厂锅炉试验中，已有应用。工作时，从进样装置定期采取一定容积的气样，在流量一定的纯净载气（即流动相）携带下，流经色谱柱，色谱柱中装有称为固定相的固体或液体，利用固定相对气样各组分的吸收或溶解能力的不同，使各组分在两相中反复进行分配，从而使各组分分离，并按时间先后流出色谱柱进入检测器进行定量测定。根据检测原理，气相色谱式分析仪又细分为浓度型检测器和质量型检测器两种。浓度型检测器测量的是气体中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的浓度成正比。质量型检测器测量的是气体中某组分进入检测器的速度变化，即检测器的响应值和单位时间进入检测器某组分的量成正比。常用的检测器有TCD热导检测器、FLD氢火焰离子化检测器、HCD电子捕获检测器、FPD火焰光度检测器等。优点：灵敏度高，适合于微量和痕量分析，能分析复杂的多相分气体。不足：定期取样不能实现连续进样分析，系统较为复杂，多用于 试验室分析用，不太适合工业现场气体监测。十、其他气体传感器1.超声波气体探测器这种气体探测器比较特殊，其原理是当气体通过很小的泄漏孔从高压端向低压端泄漏时，就会形成湍流，产生振动。典型的湍流气流会在差压高于0.2MPa时变成因素，超过0.2MPa就会产生超声波。湍流分子互相碰撞产生热能和振动。热能快速分散，但振动会被传送到相当远的距离。超声波探测器就是通过接收超声波判断是否有空气泄漏。这类探测器通常用于石油和天然气平台、发电厂燃气轮机、压缩机以及其它户外管道。2.磁氧分析仪这种气体分析仪是基于氧气的磁化率远大于其他气体磁化率这一物理现象，测量混合气体中氧气的一种物理气体分析设备。这种设备适合自动检测各种工业气体中的氧气含量，只能用于氧气检测，选择性极好。

氟利昂是一种化学物质，全称为氟氯碳化烃，化学式为CFC，也被称为Freon，它是一种无色、无味、无毒的气体。氟利昂具有稳定性高、不易燃、绝缘性好等特点，因此在制冷领域有着广泛的应用，主要是作为制冷剂。氟利昂制冷剂如发生泄漏，常温常压下均为气体，略有芳香味。但制冷机房相对环境密闭，而氟利昂特性，比空气质量重，会下沉到地面累积，氟利昂本身是无毒的，但当它与空气混合到一定浓度时，就会发生事故，造成窒息、死亡或严重伤害。人体吸入过多之后，会出现缺氧的状态，因此需要在制冷机房安装氟利昂传感器，检测氟利昂气体浓度。舒茨氟利昂传感器舒茨氟利昂传感器作为德国原装进口产品，以其卓越特点脱颖而出。具有准确度高、灵敏度高、可靠性高、易于使用等优点，它能够准确测量氟利昂浓度，适用于极低浓度的探测，且具有长时间的稳定运行能力。 主要特点 采用双波长技术的非色散红外(NDIR)气体传感器专为壁挂式检测器和室内空气监测设备的小浓度范围(2000 ppm范围)制冷泄漏检测而设计。其灵敏度和高精度也适用于食品储存设施、空调系统和科学研究领域。&bull 低漂移&bull 通过扩散进入气体&bull 3-6伏直流电源电压&bull LED状态指示&bull 可检测多种制冷剂应用场景舒茨氟利昂传感器可用于不同场景。制冷与空调系统监测：氟利昂传感器可以用于检测和监测制冷与空调设备中的氟利昂泄漏情况，确保系统的安全运行，减少对环境的损害。工业制造和化学工艺控制：一些工业及化学生产过程中需要使用氟利昂化合物。氟利昂传感器可以用于监测氟利昂的浓度，确保其在安全的范围内，并及时采取措施以防止泄漏。环境监测：氟利昂传感器可以应用于监测室内和室外环境中氟利昂的浓度，帮助评估环境污染程度和采取相应措施进行治理。温室气体排放控制：氟利昂是一种温室气体，对全球变暖有重要影响。氟利昂传感器可以应用于监测和测量氟利昂的排放量，帮助发现潜在的排放问题，并采取措施减少温室气体排放。 具体参数 测量原理非色散红外（NDIR），双波长测量范围0...1000 ppm全刻度响应时间约30秒数字分辨率1ppm重复性≤±20ppm线性误差（直线偏差)≤±30ppm长期稳定性（零）12个月内≤±50ppm长期稳定性（跨度）12个月内≤±60ppm工作温度－20...＋40℃舒茨氟利昂传感器为德国原装进口产品，采用非色散红外原理原理，实现对氟利昂气体浓度的检测。此外，配备特定的传感器芯片，如集成化芯片和微控制器等，以提供高灵敏度、高选择性、快速响应和低功耗等优点。这种结构优势使氟利昂传感器能够有效监测氟利昂气体，实现快速、准确的气体浓度测量，并适用于各种应用场景，为环境保护和可持续发展做出贡献。

浊度传感器4296浊度传感器4296是一款紧凑型全集成传感器，用于测量水中的光学反向散射。旨在与使用AiCaP CANbus的SeaGuard或SmartGuard数据记录仪一起搭配使用或作为使用RS-232的独立传感器。优势：与SeaGuard和SmartGuard轻松集成的智能传感器；直接读出工程数据，多点出厂校准；输入现场特定参考数据以接收以mg/l 为单位的绝对值；坚固耐用，维护需求低；输出格式包括AiCaP CANbus，RS-232；可选3种深度范围-300、3000和6000 米。浊度是一种描述导致光被悬浮颗粒散射的水的光学特性。高颗粒浓度导致高浊度。通过建立浊度与当地的悬浮物质之间的关系，这类测量可用于评估悬浮物质的浓度。浊度传感器4296测量红外光的反向散射。使用高效发光二极管将调制光发送到水中。反向散射光由灵敏的光电二极管拾取，然后该信号经过调节、线性化并转换为工程单位数据 (FTU) 。除了浊度，传感器还测量水温。Aanderaa新型光学浊度传感器4296光学浊度传感器基于Optode技术进行生产，该技术已在100多篇科学出版物中为要求苛刻的客户证明了长期稳定的氧气测量。其他品牌的浊度传感器通常未经过校准，但Aanderaa的浊度传感器经过了多点校准，可确保准确性、可追溯性和可替换性。无论水有多浑浊，并行的传感器读数均能保持相同。该传感器可作为开放协议传感器通过串行接口使用，也可用作SeaGuard/SmartGuard多参数平台的一部分。Aanderaa在制造浊度传感器方面有着悠久的传统，从1990年初的第一批3612传感器到今天的新型4296传感器。我们很高兴将该款新传感器推向市场。欢迎4296的到来!

据每日科学网报道，美国斯坦福大学的研究人员开发出一种新型的传感器芯片，可以大大加快药物开发过程。这种由高度敏感的纳米传感器构成的微芯片，可以分析蛋白质如何相互结合，在评估药物的有效性及可能带来的副作用方面迈出了关键一步。　　这种新型生物传感器只需要一厘米大小的纳米传感器阵列，就能以高于现有任何传感器数千倍的能力持续不断地监测蛋白质的结合活动。新的传感器可以同时监测成千上万种反应，而且比目前的“金标准”方法敏感性更强，并能更快地提供检测结果。　　该纳米传感器阵列有两大重大进步。首先是将磁性纳米标记附着在被研究的蛋白质上，大大地提高了监测的灵敏度。其次，研究人员开发了一种新的分析模型，以监测数据为依据，只要几分钟就能准确地预测结果。而目前其他的技术只能同时监测四种反应，需要长达数小时的时间才能获得结果。　　研究人员在数年前就开发出了磁性纳米传感器技术，在检测小鼠血液中癌症相关蛋白的生物标志物时发现，其敏感性远高于其他技术，检测浓度为其他技术检测浓度的千分之一。　　研究人员将磁性纳米标记附着在特定的蛋白质上，当其与另一个连接到纳米传感器的蛋白相结合时，磁性纳米标记改变纳米传感器周围的磁场。为了确定蛋白与药物之间的结合强度，研究人员将乳腺癌的蛋白放入纳米传感器阵列，同时将从肝脏、肺、肾脏及其他组织获得的蛋白也放入纳米传感器阵列，然后测量附着了磁性纳米标记的药物与各种蛋白的结合强度。这样可以不通过临床实验，就可以初步断定该药物的副作用。虽然目前的芯片每平方厘米只有1000个传感器，但研究人员表示，同样大小的芯片传感器可以增加到数万个之多。　　下一步研究人员将利用这种新型生物传感器微芯片来研究正在开发的药物，研究人员确信这将极大地加快药物开发的进程。

p　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院研究员吕建成、喻学锋与英国班戈大学教授陈险峰等合作，成功研制出首个基于黑磷的光纤化学传感器，实现对重金属离子的超灵敏检测。br//pp　　倾斜光纤光栅是一种新型的光纤器件，大角度倾斜光栅结构能够将纤芯光学基模前向耦合到光纤包层，在特定的波长形成一系列离散的谐振峰，光的耦合将随着外界媒质折射率等的变化而变化。因此，倾斜光纤光栅是非常适合作为传感应用的光子器件。黑磷是近年来广受关注的一种具有直接带隙二维半导体材料，具有独特的二维平面结构、超高的比表面积、众多的活性位点，以及从可见到红外广阔的光谱响应范围，在光学检测方面展现出巨大的应用前景。br/　　该研究中，研究团队首次将黑磷和倾斜光纤光栅相结合，揭示了黑磷纳米层独特的光学调制作用，借助于倾斜光栅这种独特的光学结构，构建成新型的超灵敏化学传感器。本研究发展了一种原位层叠的修饰技术，将黑磷纳米片高效地附着在光纤器件表面，不同厚度的黑磷纳米层展现出对光信号独特的调制性。利用这一特性，该黑磷光纤传感器能够在亚ppb浓度水平检测到重金属铅离子，具有超高的灵敏度、超低的检测限，以及广阔的浓度检测范围。黑磷新型光纤传感器的成功研发，将为化学和生物传感提供一个优越的光学检测平台，从而推动黑磷化学生物传感器的应用研究进程。br/　　相关研究成果发表于Sensors and Actuators B: Chemical。该研究得到了国家自然科学基金、欧盟“第七框架计划”等的资助。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/4ba34206-8377-4380-a6fe-692cf085a316.jpg" title="1.jpg" style="width: 600px height: 326px " width="600" vspace="0" hspace="0" height="326" border="0"//ppstrong图.a)：黑磷倾斜光纤光栅器件及其光学调制示意图，b)：重金属离子检测的实验步骤，c)：不同重金属离子浓度下TM模式共振的光谱图，d)：不同重金属离子浓度下光谱的共振强度图。/strong/p

--基于云校准+人工智能，成本仅为传统技术的1/7 为精准把脉空气质量状况，有的放矢地实施科学监管，“多、快、好、省”地完成空气质量监测的目标，各地都在积极落实各级政府和企业大气污染防治责任，有效传导治霾工作压力，建设完善大气环境监测网络体系。 河北省目前建议，在传输通道8城市的1464个乡镇推行建设小型空气站，主要测定pm2.5和so2两个参数。 据了解，目前市场上存在两种监测方法和产品能满足上述需求，一种是标准方法的小型空气站（以下简称小型站），其中pm2.5分析仪采用β射线法，so2分析仪采用紫外荧光法；另一种是传感器技术的微型空气站（以下简称微型站），其中pm2.5采用光散射法，so2采用电化学法。 作为新型监测方法，传感器方法已在全国近50个城市得到应用，安装布点近1万台。鉴于传感器技术的发展和完善，微型站的监测已经得到普遍认可。其中，河北省已经制定并发布了网格化监测的地方标准（db13），国家环境监测总站及北京市环境监测中心已经开展相关技术规范的制定工作，中国环境科学研究院也出具了权威使用报告。 那么，相比传统的监测方法，传感器技术在大气环境质量监测的应用具备哪些突出的优势？能否大范围推广呢？ 投资运营成本低9台小型站投资可安装66台微型站 据了解，目前市场上销售的小型站价格在30万元～50万元区间，站房建设成本约1万元，年运维费约5万元；而相比，微型站的价格在6万元～7万元区间，年运维费约1万元。 以河北省廊坊市香河县为例，县辖9个乡镇，共需9台设备。以小型站投资计算，设备总费用一次性投入大约450万元，年运维费大约45万元；以微型站投资建设计算，设备一次性投入总费用大约60万，年运维费大约9万元。两者相差近376.5万元。按9台小型站的首年总费用估算，可以安装66台微型站。 河北省传输通道8城市有1464个乡镇，因此共需1464台设备，如果选用小型站，设备总费用大约需要7.32亿元，运维费用首年大约需要7320万元，总费用大约共计8亿元。如果选用微型站，1464台设备费用只需要9516万元，运维费用首年只需要1464万，总费用1.1亿。如果按照1464台小型站的首年总费用计算，大约可以安装10736台传微型站，基本实现河北省传输通道8城市网格化密集布点，精准监控的功能。 最大化提升服务质量满足快速、准确、全参数、全场景，多功能监测要求 成本的大幅降低，并不意味着传感器法产品在满足技术要求方面打折扣。在现实应用中，标准方法的小型站只能监测两种参数，对安装要求高，前期需要方案设计、点位筛选和站房建设的准备，在协调好电源后，需要包括1名专业人士在内的2人～3人，3天才能安装完成。同时，后期维护和数据校准繁琐，需要消耗大量的人力物力。 相对而言，基于云校准+人工智能技术平台的传感器型微站不仅小巧轻便、易安装，而且准确性满足当前环境监测的需求，成本低，能耗少，基本不需要现场运维，充分考虑现代仪器使用的自动化、智能化功能，可以实现快速、准确、全参数、全场景、多功能监测的要求。 此外，在数据的准确性上，传感器型微型站绝对偏差小、误差可控，完全符合国家标准的要求。以在河北省某县所布点的传感器微型站为例，通过与该县环保局标准站的数据进行比对（关于仪器准确性的具体对比方法参照hj618-2011标准规定），将传感器数据与国标站数据进行线性回归分析，以传感器设备数据为横轴，标准站数据为纵轴，计算回归曲线的斜率k和截距b（图1和图2），根据公式（|1-k|）*100%计算，pm2.5、so2数据与国站数据对比变化趋势一致，准确性较好，长期误差在10%以内。 图1. 传感器微型站与某县环保局标准站pm2.5准确性对比图2. 传感器微型站与某县环保局标准站so2准确性对比 管理功能更加强大有效帮助地方落实大气污染防治责任标准方法的小型站，只是小版本的传统空气站，仅用于表征各乡镇空气质量状况，无法充分完善大气环境监测网络系统功能，达不到精细化溯源的功能。 基于云校准+人工智能技术平台的传感器微型站，由于成本低、准确度高，可以实现高密度精细化布点，使得每个乡镇监测点位由目前的一个增加到几十个甚至上百个，由此形成的传感网络能覆盖从污染源到受体区域，监控污染形成的全过程，通过提供高精度空气质量地图、区域热点分析、污染排名分析和其它基础统计分析，准确定位污染源，通过污染事件监控报警、污染溯源分析和专业的数据分析报告为科学精准治霾提供有力支撑，具有更强大的功能。 据了解，目前基于云校准+人工智能技术平台的传感器微型站已经在全国二十多个城市安装布点，实现了高密度精准化监管功能。其中在河北某两个县的23个乡镇，一共布点了43台设备，总费用约345万元，实现了以下监测功能：一是完善大气环境监测网络系统；二是实时监控各乡镇街道的污染状况；三是实现各乡镇街道空气质量排名，提高管理效率；四是精确地找到污染源位置，达到追溯污染源的功能；五是有效帮助各级政府和企业落实大气污染防治责任。 图3是大数据软件平台对某县各乡镇站点一个月内（20170720-20170820期间）pm2.5浓度日均值进行排名，从图中可以看出，某县污染浓度高的地方集中在周边的东北部和西北部，几个站点排名靠前，其中k镇污染浓度最高，排名第一，而核心区域内pm2.5污染浓度最低，排名靠后。 图3.某县各乡镇站点pm2.5浓度排名统计效果图 图4为某县各镇pm2.5发生污染事件频次的统计图图5为某县各点位pm2.5发生污染事件频次的分布图 从另一个维度，用事件发生次数代表污染源排放情况。通过对该县监测站点颗粒物pm2.5污染事件的统计分析（图3）和（图4），可以看出，污染事件的高发区域集中在该县周边地区的东北部及西部地区，而核心区域内污染事件的频次最低，其中k镇污染频次为最高，统计时间段内发生污染次数为12次，污染频次最低的h管区和u管区集中在核心区域，观测期间内均发生3次污染。这与浓度排名分析结果相符，进一步印证了监测数据的科学性。 综上所述，基于云校准+人工智能技术平台的传感器微型站费用低，是传统小型站费用的1/7，技术上满足环境监测要求，而且功能更加智能强大，有现成的案例可以参考，极大地节省了人力和物力上的投入，适合实现高密度精细化布点，使得每个乡镇监测点位由当前的一个增加到几十个，由此形成的传感网络能覆盖从污染源到受体区域，监控污染形成的全过程，通过提供高精度污染地图、多种数据统计分析、污染来源追踪及精准定位等功能，能真正实现完善城市大气环境监测网络体系功能，有效传导治霾工作压力，为科学精准治霾提供有力支撑，实现更多的价值。

table border="1" cellspacing="0" cellpadding="0" width="600"tbodytrtd width="132"p style="line-height: 1.75em "成果名称/p/tdtd width="516" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "strong环境气氛爆炸预警传感器/strong/p/td/trtrtd width="132"p style="line-height: 1.75em "单位名称/p/tdtd width="516" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "中国科学院大连化学物理研究所/p/td/trtrtd width="132"p style="line-height: 1.75em "联系人/p/tdtd width="168"p style="line-height: 1.75em "关亚风/p/tdtd width="161"p style="line-height: 1.75em "联系邮箱/p/tdtd width="187"p style="line-height: 1.75em "guanyafeng@dicp.ac.cn/p/td/trtrtd width="132"p style="line-height: 1.75em "成果成熟度/p/tdtd width="516" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "□正在研发 □已有样机 □通过小试 √通过中试 □可以量产/p/td/trtrtd width="132"p style="line-height: 1.75em "合作方式/p/tdtd width="516" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "√技术转让 □技术入股 □合作开发 □其他/p/td/trtrtd width="648" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong成果简介： /strongbr/ 爆炸预警传感器适用于环境中任何可燃性气体、气溶胶或混合气体的爆炸限预警。当其浓度接近爆炸限但是还未到时，传感器提前发出报警。所研制的预警式爆炸传感器的探测原理是基于微化工强化反应原理，不论环境中可燃性气体的组成是什么，浓度为多少，只要在传感器内的微反应室内确实可以引起燃烧，但此时可燃物浓度还未达到环境条件下的实际爆炸限之前，传感器即发出警报。膨胀的气体在派出传感器的过程中，自由基全部淬灭。不会引发环境气体燃爆。 br/ strong主要技术指标： /strongbr/ 预警范围：低于正常燃爆下限30%~0%，或高于燃爆下限1%~30%，可设定。 br/ 预警气体：氢气/空气、乙炔/空气、甲烷/空气、液化气/空气、天然气/空气、煤层气以及气溶胶等混合气体、超细金属粉末、超细煤粉、有机溶剂气凝胶等。 br/ strong技术特点： /strongbr/ 该传感器主要由燃烧反应微池、微孔气体通道、点火装置、爆炸检测和报警系统组成。传感器对环境中可燃性气体或气溶胶或混合气体，在爆炸下限浓度达到设定值时即可报警。/p/td/trtrtd width="648" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong应用前景： /strongbr/ 在煤矿安全、石油化工、天然气、煤加工、制氢、化工厂、油库以及可燃气体泄漏现场救护等领域有着广泛应用。市场容量为8000-10000台/年。/p/td/trtrtd width="648" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong知识产权及项目获奖情况： /strongbr/ 授权国防专利1件。/p/td/tr/tbody/tablepbr//ppbr//p

table border="1" cellspacing="0" cellpadding="0" width="600"tbodytrtd width="142"p style="line-height: 1.75em "成果名称/p/tdtd width="506" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "strong明场在线叶绿素传感器/strong/p/td/trtrtd width="142"p style="line-height: 1.75em "单位名称/p/tdtd width="506" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "中国科学院大连化学物理研究所/p/td/trtrtd width="142"p style="line-height: 1.75em "联系人/p/tdtd width="158"p style="line-height: 1.75em "关亚风/p/tdtd width="161"p style="line-height: 1.75em "联系邮箱/p/tdtd width="187"p style="line-height: 1.75em "guanyafeng@dicp.ac.cn/p/td/trtrtd width="142"p style="line-height: 1.75em "成果成熟度/p/tdtd width="506" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "□正在研发 □已有样机 □通过小试 □通过中试 √可以量产/p/td/trtrtd width="142"p style="line-height: 1.75em "合作方式/p/tdtd width="506" colspan="3"p style="line-height: 1.75em "√技术转让 □技术入股 □合作开发 □其他/p/td/trtrtd width="648" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong成果简介： /strong /pp style="text-align:center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201604/insimg/be6ab2fa-adbb-408d-93e0-ed1b0eba8ddf.jpg" title="叶绿素传感器.png" width="400" height="240" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 400px height: 240px "/span style="line-height: 1.75em " /span/pp style="line-height: 1.75em " 该传感器以蓝色发光二极管激发水中叶绿素发出荧光，双光纤收集荧光，用光电倍增管检测荧光，同时测量本底荧光值，扣除本底值后得到水体中叶绿素浓度。传感器能够有效抑制明场光和扣除阳光激发的叶绿素荧光。因此适合野外环境在线昼夜监测叶绿素a的浓度。探头配有温度传感，实时检测水温并通过校正曲线对叶绿素a浓度进行校正。同时，采用机械刷定期自动清除光纤表面附近的藻类干扰物，适用于连续监测。该传感器稳定可靠，测定精密度和国标法相近，明显高于美国YSI同类产品，完全能够满足水体样品分析的要求。该传感器已交付国家海洋环境监测中心出海实测，并应用于太湖栈桥监测点连续实时监测叶绿素浓度。 br/ strong主要技术指标： /strongbr/ 检测模式：双窗口 br/ 检测参数：叶绿素a，水体温度 br/ 温度精度：± 0.15℃ 叶绿素a检测精度：0.05μg/Lbr/ 叶绿素a检测范围：0.05~100μg/L；1~500μg/Lbr/ 精密度：RSD 5%br/ 采样间隔：10 minbr/ 操作模式：SD卡存储，RS232传输/p/td/trtrtd width="648" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong应用前景： /strongbr/ 适用于环境领域河流、湖泊、海洋等水体中叶绿素a的连续、实时检测。该传感器的性能优于进口产品；技术路线清晰明确，易于产业化推广。市场容量大，具有广阔的推广应用前景。/p/td/trtrtd width="648" colspan="4"p style="line-height: 1.75em "strong知识产权及项目获奖情况： /strongbr/ 以技术秘密形式保护知识产权。/p/td/tr/tbody/tablepbr//p

Imec和Holst中心(比利时鲁汶和荷兰埃因霍温)的研究人员相信他们拥有了世界第一款可同时测定流体中pH和氯离子(Cl-)水平的微型传感器。这种创新对于在环境监测、精准农业和个性化医疗诊断等应用中的离子浓度的精确长期测量是必须的。　　Imec和Holst中心(比利时鲁汶和荷兰埃因霍温)的研究人员相信他们拥有了世界第一款可同时测定流体中pH和氯离子(Cl-)水平的微型传感器。这种创新对于在环境监测、精准农业和个性化医疗诊断等应用中的离子浓度的精确长期测量是必须的。　　借助系统单芯片(SoC)整合的可能性，它可以在物联网(IoT)设置中实现大规模和具成本效益的部署。其创新的电极设计与当今用于测量单离子浓度的标准组件相比具有相似或更好的性能，并允许进行其他的离子测定。　　Imec表示，基于离子选择性膜的传感器被认为是在许多应用中测量离子浓度的“金标准”，例如水质、农业和分析化学。它们由两个电极——带膜的离子敏感电极(ISE)和参考电极(RE)组成。当这些电极浸入流体中时，产生与流体中离子活度的对数成比例的电势、从而构成浓度的量度。然而，这种传感器的精度取决于小型化RE的长期稳定性，Imec说现在已经攻克了这一难题。　　“这种设计的常见问题是离子从内部电解质中浸出，导致传感器随时间漂移。”Imec/Holst中心高级研究员Marcel Zevenbergen说。“为了抑制这种浸出，我们设计和制造了具有微流体通道作为结的RE，并与在硅基板上制造的固态氧化铱(IrOx)和氯化银(AgCl)电极组合，分别作为pH和Cl-的指示电极。我们的测试证明这是一个长期稳定的解决方案，传感器表现出与现有方案相同或更好的灵敏度、精度和响应时间，且同时还小得多、以后还可能更便宜。”　　“我们为物联网提供突破性的感测和分析解决方案，”荷兰Imec常务董事John Baekelmans表示。“这个新的多离子传感器是Holst中心目前正与合作伙伴开发的、用于形成物联网感官的系列产品之一。对于每个传感器来说，目标是以能大规模生产、可无线通信、功耗优化和小型化的封装，提供优于现有领先技术传感器性能的性能。”

pH是水溶液最重要的理化参数之一。凡涉及水溶液的自然现象。化学变化以及生产过程都与pH有关，因此，在生活用水、工业、农业、医学、环保和科研领域都需要测量pH。接下来我们来了解一下pH传感器，PH传感器是用来检测被测物中氢离子浓度并转换成相应的可用输出信号的传感器。pH传感器可以对大型反应槽或制程管路中pH值测定；耐高温杀菌、CIP清洗；电极长度有120、150、220、250、450 mm等多种选择。PH传感器用于多种场合的pH值测量，比如：水源地水质PH值测量、废水污水场合pH值测量，电镀废水场合pH值测量，高温场合pH值测量，发酵场合pH值测量，高压场合pH值测量等多种场合pH值的测量。在实际使用过程中，pH实际使用过程中，在pH传感器可能会存在以下问题：灵敏度/斜率下降，响应迟缓，噪声信号以及化学破坏。⑴灵敏度/率斜：在pH和探头的电极电位之间存在一定的理论关系(见前述的能斯特方程)。新的pH探头可接近其理论斜率(即25℃下每pH单位的电极电位为59mv)，但随着探头的老化或破坏，灵敏也会不断下降。将系统进行某种pH校准(通过缓冲液设置控制)后，再用一种或多种缓冲液进行检验。与预期结果不同的是，pH计的读数会系统性地偏离已知缓冲液的pH值。如果所得到的线比较陡，说明斜率设置过低；如果所得的线比较平缓，则说明斜率设置过高。⑵清洗 ：当pH探头表现出响应延迟或灵敏度下降时，就需要对其进行清洗。pH探头恶化的主要原因是发酵液中的物质污染了多孔塞，多孔塞如果被污染就会由白色变成褐色或黑色。为防止污染，可将pH探头浸泡在10mmol/L HCl溶液中，这样不会损坏pH传感器(这也可用于运行间歇期间常规保存pH探头)。有时添加胃蛋白酶有助于去除蛋白质沉淀。如果HCl处理没有效果，可以尝试下面两种方法，尽管它们具有一定的损坏pH探头的风险，但也有一定的效果。将pH探头浸泡于1%左右的H2O2 溶液中约1～2h；或者对多孔塞进行温和的机械清洗，即采用锋利的刀片刮去外表面的沉积物。⑶ 电干扰： pH计的高阻抗和放大器线路可能会产生一些问题，这使得pH探头对由其他电气设备的杂散场入口的感应电压带来的噪声比较敏感，对由载有pH探头信号的两个接线柱间微量的电流泄漏引起的错误响应也较为敏感。为此pH传感器或pH计的制造商提供了专用的屏蔽导线和接线柱。如果存在过量噪声，可将pH探头导线从其他电线处移开以减少噪声。搅拌器电机可能是一个干扰源，这可通过将电机关闭几秒钟来检查。⑷防止机械破坏：pH探头相当易碎，在发酵罐的安装和清洗过程中容易破损。因些建议在发酵罐准备的后期再插入pH探头(需要在这里进行校准)，在使用后(下罐)拆卸时先取出pH探头。传感器发生破损的很多情况是由于未取出传感器就直接提起了发酵罐的顶盖。为了避免探头在运行间歇期间贮存时产生破损，一个简便方法是将传感器置于一个塑料量筒内，该量筒内装有专用溶液。选择合适的量筒尺寸，以使探头的较宽部位也可放入，球形检测部位悬浮在底部上方(如可将一个棉塞入量筒底部)，同时最好将量筒用夹子固定。

在“TECHNO 2012”上，日本旭化成株式会社（Asahi Kasei）展出了采用红外线传感器的超小型二氧化碳CO2传感器模块试制型产品。该试制品的最大特点是，尺寸还不到现有最小产品的1/10。该模块被封装在外形尺寸为15.0mm×7.0mm×4.5mm的超小型封装中，体积仅为0.47cc。 由于采用了旭化成电子制造的高速响应、高灵敏度红外线传感器元件“IR1011”，产品的尺寸能够得到缩小。IR1011的尺寸只有2.7mm×1.9mm×0.4mm，气体传感器采用该元件后，可较原产品大幅缩小模块尺寸。此外，由于IR1011的灵敏度出色，因此可缩小气体浓度计指示灯与传感器之间的距离，这也为小型化做出了贡献。另外，传感器试制品的耗电量只有3mW（电源电压为3.0V，测量周期为8秒时），也比现有产品大幅降低，使得该产品能够用于便携式设备。 图为展出的CO2传感器模块试制品，能够将测量到的CO2浓度数据直接显示在PC上。此次试制的传感器模块的主要性能参数如下。工作电源电压为2.7V～5.5V，工作温度范围为0～50℃。测量范围为300～5000ppm，测量周期为1～28秒。配备有有I2C总线数字接口。 图为连接电脑进行CO2浓度测量演示。显示的2190ppm是相当糟糕的空气了。 旭化成电子计划利用新产品小型化、低耗电的特点，将其用于便携式CO2监测计、空调CO2浓度监测以及在移动终端中嵌入CO2传感器等用途。

p　　要进行一个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。/ppstrong1.电化学型气体传感器的结构/strong/pp　　电化学式气体传感器，主要利用两个电极间的化学电位差，一个在气体中测量气体浓度，另一个是固定的参比电极。电化学式传感器采用恒电位电解方式和伽伐尼电池方式工作。有液体电解质和固体电解质，而液体电解质有分为电位型和电流型。电位型是利用电极电势和气体浓度之间的关系进行测量；电流型采用极限电流原理，利用气体通过薄层透气膜或毛细孔扩散作为限流措施，获得稳定的传质条件，产生正比于气体浓度或分压的极限扩散电流。/pp　　电化学传感器有两电极和三电极结构，主要区别在于有无参比电极。两电极CO传感器没有参比电极，结构简单，易于设计和制造，成本较低适用于低浓度CO的检测和报警；三电极CO传感器引入参比电极，使传感器具有较大的量程和良好的精度，但参比电极的引入增加了制造工序和材料成本，所以三电极CO传感器的价格高于两电极CO传感器，主要用于工业领域。两电极电化学CO传感器主要由电极、电解液、电解液的保持材料、出去干涉气体的过滤材料、管脚等零部件组成。/ppstrong2.电传感器工作原理/strong/pp　　电化学气体传感器是一种化学传感器，按照工作原理一般分为：a.在保持电极和电解质溶液的界面为某恒电位时，将气体直接氧化或还原，并将流过外电路的电流作为传感器的输出；b.将溶解于电解质溶液并离子化的气态物质的离子作用与离子电极，把由此产生的电动势作为传感器输出；c.将气体与电解质溶液反应而产生的电解电流作为传感器输出；d.不用电解质溶液，而用有机电解质、有机凝胶电解质、固体电解质、固体聚合物电解质等材料制作传感器。/ppstrong表1 各种电化学式气体传感器的比较/strong/ptable cellspacing="0" cellpadding="0" border="1"tbodytr class="firstRow"td style="border-width: 1px medium border-style: solid none border-color: rgb(79, 129, 189) currentcolor padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"strongspan style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"种类/span/strong/p/tdtd style="border-width: 1px medium border-style: solid none border-color: rgb(79, 129, 189) currentcolor padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"strongspan style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"现象/span/strong/p/tdtd style="border-width: 1px medium border-style: solid none border-color: rgb(79, 129, 189) currentcolor padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"strongspan style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"传感器材料/span/strong/p/tdtd style="border-width: 1px medium border-style: solid none border-color: rgb(79, 129, 189) currentcolor padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"strongspan style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"特点/span/strong/p/td/trtrtd style="border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"strongspan style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"恒电位电解式/span/strong/p/tdtd style="border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"span style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"电解电流/span/p/tdtd style="border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"span style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"气体扩散电极，电解质水溶液/span/p/tdtd style="border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"span style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"通过改变气体电极，电解质水溶液，电极电位等可测量CO、Hsub2/subS、HOsub2/sub、SOsub2/sub、HCl等/span/p/td/trtrtd style="border: medium none padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"strongspan style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"离子电极式/span/strong/p/tdtd style="border: medium none padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"span style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"电极电位变化/span/p/tdtd style="border: medium none padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"span style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"离子选择电极，电解质水溶液，多孔聚四氟乙烯膜/span/p/tdtd style="border: medium none padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"span style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"选择性好，可测量NHsub3/sub、HCN、Hsub2/subS、SOsub2/sub、COsub2/sub等气体/span/p/td/trtrtd style="border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"strongspan style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"电量式/span/strong/p/tdtd style="border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"span style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"电解电流/span/p/tdtd style="border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"span style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"贵金属正负电极，电解质水溶液，多孔聚四氟乙烯膜/span/p/tdtd style="border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"span style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"选择性好，可测量Clsub2/sub、NHsub3/sub、Hsub2/subS等/span/p/td/trtrtd style="border-width: medium medium 1px border-style: none none solid border-color: currentcolor currentcolor rgb(79, 129, 189) -moz-border-top-colors: none -moz-border-right-colors: none -moz-border-bottom-colors: none -moz-border-left-colors: none border-image: none padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"strongspan style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"固体电解质式/span/strong/p/tdtd style="border-width: medium medium 1px border-style: none none solid border-color: currentcolor currentcolor rgb(79, 129, 189) -moz-border-top-colors: none -moz-border-right-colors: none -moz-border-bottom-colors: none -moz-border-left-colors: none border-image: none padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"span style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"测定电解质浓度差产生的电势/span/p/tdtd style="border-width: medium medium 1px border-style: none none solid border-color: currentcolor currentcolor rgb(79, 129, 189) -moz-border-top-colors: none -moz-border-right-colors: none -moz-border-bottom-colors: none -moz-border-left-colors: none border-image: none padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"span style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"固体电解质/span/p/tdtd style="border-width: medium medium 1px border-style: none none solid border-color: currentcolor currentcolor rgb(79, 129, 189) -moz-border-top-colors: none -moz-border-right-colors: none -moz-border-bottom-colors: none -moz-border-left-colors: none border-image: none padding: 0px 7px " width="142" valign="top"p style="text-align:left"span style=" font-family:' 微软雅黑' ,' sans-serif' color:#365F91"适合低浓度测量，需要基准气体，耗电，可测量COsub2/subsub、/subNOsub2/sub、Hsub2/subS等/span/p/td/tr/tbody/tablep表1汇集了各类电化学气体传感器的种类、检测原理所用材料与特点。/pp2.1 恒电位电解式气体传感器/pp　　恒电位电解式气体传感器的原理是：使电极与电解质溶液的界面保持一定电位进行电解，通过改变其设定电位，有选择的使气体进行氧化或还原，从而能定量检测各种气体。对于特定气体来说，设定电位由其固有的氧化还原电位决定，但又随电解时作用电极的材质、电解质的种类不同而变化。电解电流和气体浓度之间的关系如下式表示：/pp　　　　I=(nfADC)/ σ/pp　　式中：I-电解电流；n-1mol气体产生的电子数；f-法拉第常数；A-气体扩散面积；D-扩散系数；C-电解质溶液中电解的气体浓度；σ-扩散层的厚度。/pp　　在统一传感器中，n、f、A、D及σ是一定的，电解电流与气体浓度成正比。/pp　　自20世纪50年代出现CIDK电极以来，控制电位电化学气体传感器在结构、性能和用途等方面都得到了很大的发展。20世纪70年代初，市场上就有了31检测器。有先后出现了CO、Nsubx/subOsubY/sub（氮氧化物）、Hsub2/subS检测仪器等产品。这些气体传感器灵敏度是不同的，一般是Hsub2/subS NO NOsubb/sub Sq CO，响应时间一般为几秒至几十秒，大多数小于1min；他们的寿命相差很大，短的只有半年，有的CO监测仪实际寿命已近10年。影响这类传感器寿命的主要因素为：电极受淹、电解质干枯、电极催化剂晶体长大、催化剂中毒和传感器使用方法等。/pp　　以CO气体监测为例来说明这种传感器隔膜工作电极对比电极的结构和工作原理。在容器内的相对两壁，安置作用电极h’和对比电极，其内充满电解质溶液构成一密封结构。瓦在化田由极3g对冲由极AnljI进行恒定电位差而构成恒压电路。此时，作用电极和对比电极之间的电流是I，恒电位电解式气体传感器的基本构造根据此电流值就可知CO气体的浓度。这种方式的传感器可用于检测各种可燃性气体和毒气，如Hsub2/subS、NO、NOsubb/sub、Sq、HCl、Clsub2/sub、PHsub3/sub等，还能检测血液中的氧浓度。/pp2.2离子电极式气体传感器/pp　　离子电极式气体传感器的工作原理是：气态物质溶解于电解质溶液并离解，离解生成的离子作用于离子电极产生电动势，将此电动势取出以代表气体浓度。这种方式的传感器是有作用电极、对比电极、内部溶液和隔膜等构成的。/pp　　现以检测NHsub3/sub传感器为例说明这种气体传感器的工作原理。作用电极是可测定pH的玻璃电极，参比电极是A8从姐电极，内部溶液是NIkCE溶液。NEACt离解，产生铵离子NHsub4/subsup+/sup，同时水也微弱离解，生成氢离子Hsup+/sup，而NH4sup+/sup与Hsup+/sup保持平衡。将传感器侵入NHsub3/sub中，NHsub3/sub将通过隔膜向内部渗透，NHsub3/sub增加，而Hsup+/sup减少，即pH 增加。通过玻璃电极检测此PH的变化，就能知道NHsub3/sub浓度。除NHsub3/sub外，这种传感器海能检测HCN（氰化氢）、Hsub2/subS、Sq、C0sub2/sub等气体。/pp　　离子电极式气体传感器出现得较早，通过检测离子极化电流来检测气体的体积分数，电化学式气体传感器主要的有点是检测气体的灵敏度高、选择性好。/pp2.3电量式气体传感器/pp　　电量式气体传感器的原理是：被测气体与电解质溶液反应生成电解电流，将此电流作为传感器输出，来检测气体浓度，其作用电极、对比电极都是Pt电极。/pp　　现以检测C12为例来说明这种传感器的工作原理。将溴化物MBr（M是一价金属）水溶液介于两个铂电极之间，其离解成比，同时水也离解成Hsup+/sup，在两铂电极间加上适当电压，电流开始流动，后因Hsup+/sup反应产生了Hsub2/sub ，电极间发生极化，发生反应，其结果，电极部分的Hsub2/sub被极化解除，从而产生电流。该电流与Hsub2/sub浓度成正比，所以检测该电流就能检测Clsub2/sub浓度。除Clsub2/sub外，这种方式的传感器还可以检测NHsub2/sub、Hsub2/subS等气体。/ppstrong3.传感器的检测/strong/pp　　电化学型气体传感器可分为原电池式、可控电位电解式、电量式和离子电极式四种类型。原电池式气体传感器通过检测电流来检测气体的体积分数，市售的检测缺氧的仪器几乎都配有这种传感器。可控电解式传感器是通过检测电解时流过的电流来检测气体的体积分数，和原电池式不同的是，需要由外界施加特定电压，除了能检测CO、NO、NOsub2/sub、Osub2/sub、SOsub2/sub等气体外，还能检测血液中的氧体积分数。电量式气体传感器是通过被测气体与电解质反应产生的电流来检测气体的体积分数。离子电极式气体传感器出现得较早，通过检测离子极化电流来检测气体的体积分数。电化学式气体传感器主要的优点是检测气体的灵敏度高、选择性好。/pp　　综上所述，不同种类的气体传感器适用于不同气体检测与控制的需求，随着现代工业的发展，尤其是绿色环保理念的不断加强，气体传感器技术的开发应用必将具有非常广阔的发展前景。两电极电化学CO传感器，是近年来研究的热点，属于国际上先进的传感器技术，通过实验研究，在电极、过滤层、电解质等材料选择和结构的设计中，攻克了影响传感器寿命的诸多技术难题，研制成功了具有实用意义的新型CO传感器，它必将在CO气体检测领域发挥积极的作用。/p

生态环境治理精细化是新时代生态文明建设的新要求、新考验，道路作为城市的血管，密集处往往是人口聚居地、各类污染排放聚集区。近年来我国科技工作者开展大气传感器的相关研发，为城市大气污染监测与溯源提供更精细的技术工具和数据支撑，助力提升大气污染防治精细化水平。在济南，技术人员将传感器“藏”在出租车中，实现对道路PM2.5、PM10等空气污染物浓度的实时移动监测，传感器定位精度小于20米，每3秒上传一组数据。300辆装有传感器的出租车每天合计行程超过 6.9万公里，数据超过360万组，平均每天可覆盖95%以上的主城区机动车道路，依托传感器的有力支撑，完美弥补了定点大气网格化监测的不足，能以最快速度掌握城市环境的具体情况。环境污染较为严重的区域还包括施工场地。土石方填挖、建筑材料装卸、建筑拆除及建筑垃圾消纳等施工工序中均会产生扬尘，想要实现城市治理精准化、精细化，借助物联网、传感器等数字化技术进行实时监测尤为关键。传感器接入扬尘监测云平台，则能够对施工场地的黄土覆盖、监控设施与扬尘监测设备PM2.5和PM10数值等方面进行监控，有利于及时落实防控措施情况，并对施工项目的扬尘治理工作进行有序推进，足以可见小小传感器可以针对施工场地起到日常监督管理的作用。资料图片：工作人员操作的智能无人监测船在对河道进行水质快速监测分析在水质监测方面，想要及时发现水生态环境问题，从而实现视觉感知、数据采集、图像分析、信息处理等数字化服务，监测平台可采取给摄像头增加滤光镜和布设水下传感器的方式，这项技术利用水质监测、视频监控等不同类型来源的水质数据进行算法模型分析，从而快速锁定污染源，将可能出现的水质污染情况、位置等数据及时传送到监管部门。相信在未来，数据准确、参数齐全的新型传感器会陆续登上舞台，通过多参数、全方位和更加精确的数据支撑进行环境监测，提升我们对城市污染的科学认识，助力城市生态环境一路向好。

细颗粒物又称细粒、细颗粒、PM2.5。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。目前测量PM2.5的方法主要有以下5种：一种：红外法和浊度法红外由于光线强度不够，只能用浊度法测量。所谓浊度法，就是一边发射光线，另一边接收，空气越浑浊光线损失掉的能量就越大，由此来判定目前的空气浊度。实际上这种方法是不能够准确测量PM2.5的，甚至光线的发射、接收部分一旦被静电吸附的粉尘覆盖，就会直接导致测量不准确。这种方法做出来的传感器只能定性测量（可以测出相对多少），不能定量测量（因为数值会飘）。更何况这种方法也区分不出颗粒物的粒径来，所以凡是用这种传感器的性能都相对要差一些。第二种：激光法和粒子计数法就是激光散射，而不是直接测量浊度，这一类的传感器共同的特点就是离不开风扇（或者用泵吸），因为这种方法空气如果不流动是测量不到空气中的悬浮颗粒物的，而且通过数学模型可以大致推算出经过传感器气体的粒子大小，空气流量等，经过复杂的数学算法，最终得到比较真实的PM2.5数值，这一类传感器是激光散射，对静电吸附的灰尘免疫，当然如果用灰尘把传感器堵死了，自然也不可能测到。第三种：Beta射线法Beta射线仪是利用Beta射线衰减的原理，环境空气由采样泵吸入采样管，经过滤膜后排出，颗粒物沉淀在滤膜上，当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时，Beta射线的能量衰减，通过对衰减量的测定便可计算出颗粒物的浓度。Beta射线法颗粒物监测仪由PM10采样头、PM2.5切割器、样品动态加热系统、采样泵和仪器主机组成。流量为1m3/h的环境空气样品经过PM10采样头和PM2.5切割器后成为符合技术要求的颗粒物样品气体。在样品动态加热系统中，样品气体的相对湿度被调整到35%以下，样品进入仪器主机后颗粒物被收集在可以自动更换的滤膜上。在仪器中滤膜的两侧分别设置了Beta射线源和Beta射线检测器。随着样品采集的进行，在滤膜上收集的颗粒物越来越多，颗粒物质量也随之增加，此时Beta射线检测器检测到的Beta射线强度会相应地减弱。由于Beta射线检测器的输出信号能直接反应颗粒物的质量变化，仪器通过分析Beta射线检测器的颗粒物质量数值，结合相同时段内采集的样品体积，最终得出采样时段的颗粒物浓度。配置有膜动态测量系统后，仪器能准确测量在这个过程中挥发掉的颗粒物，使最终报告数据得到有效补偿，接近于真实值。第四种：微量振荡天平法微量振荡天平法是在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管，在其振荡端安装可更换的滤膜，振荡频率取决于锥形管特征和其质量。当采样气流通过滤膜，其中的颗粒物沉积在滤膜上，滤膜的质量变化导致振荡频率的变化，通过振荡频率变化计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量，再根据流量、现场环境温度和气压计算出该时段颗粒物标志的质量浓度。微量振荡天平法颗粒物监测仪由PM10采样头、PM2.5切割器、滤膜动态测量系统、采样泵和仪器主机组成。流量为1m3/h，环境空气样品经过PM10采样头和PM2.5切割器后，成为符合技术要求的颗粒物样品气体。样品随后进入配置有滤膜动态测量系统（FDMS）的微量振荡天平法监测仪主机，在主机中测量样品质量的微量振荡天平传感器主要部件是一支一端固定，另一端装有滤膜的空心锥形管，样品气流通过滤膜，颗粒物被收集在滤膜上。在工作时空心锥形管是处于往复振荡的状态，它的振荡频率会随着滤膜上收集的颗粒物的质量变化发生变化，仪器通过准确测量频率的变化得到采集到的颗粒物质量，然后根据收集这些颗粒物时采集的样品体积计算得出样品的浓度。5、重量法我国目前对大气颗粒物的测定主要采用重量法。其原理是分别通过一定切割特征的采样器，以恒速抽取定量体积空气，使环境空气中的PM2.5和PM10被截留在已知质量的滤膜上，根据采样前后滤膜的质量差和采样体积，计算出PM2.5和PM10的浓度。必须注意的是，计量颗粒物的单位ug/m3中分母的体积应该是标准状况下（0℃、101.3kPa）的体积，对实测温度、压力下的体积均应换算成标准状况下的体积。由于红外法测量PM2.5的传感器性能较差，且Beta射线法、微量振荡天平法、重量法三种方法的原理应用比较困难且价格较高，所以市面上比较多的是采用激光散射原理来测量PM2.5浓度的PM2.5传感器。 建大仁科空气质量变送器RS-PM-*-2是一款工业级通用颗粒物浓度变送器，采用激光散射测量原理，通过独有的数据双频采集技术进行筛分，得出单位体积内等效粒径的颗粒物粒子个数，并以科学独特的算法计算出单位体积内等效粒径的颗粒物质量浓度，以485 接口通过 ModBus-RTU 协议进行数据输出。可用于室外气象站、扬尘监测、图书馆、档案馆、工业厂房等需要PM2.5或 PM10浓度监测的场所。

每种传感器技术的 QE 都不同，某种图像传感器达到 95% 的 QE。但是，它是由被检测光的波长和 半导体材料决定的。对于CCD、EMCCD、(em)ICCD 和sCMOS技术，在某些波长范围内可能达到 95% 的 QE，但可见光谱中近红色和紫外区域的光子具有较低的 QE，因此传感器的效率较低。为了改善这些区域的 QE，已经开发了Deep-depleted硅传感器和涂层传感器，从而增加了 QE。 　　大多数图像传感器都是由硅制成的。由于 QE 取决于材料，该元素的特性以及它如何与光相互作用非常重要。 　　在高纯度晶体形式中，相邻的硅原子彼此共价键合。打破这些键以产生电子/空穴对(~1.1 eV)需要大于带隙能量的能量。入射光的波长与光子吸收深度直接相关；波长越短，进入硅的深度越短。 　　Deep-depleted硅传感器比传统的硅传感器更厚 ，因此能够检测更长波长的光(即 700 nm，NIR)。NIR 光在硅中的穿透深度比典型的硅传感器更深，因此在没有深度耗尽的情况下，硅传感器对入射的 NIR 光有效透明。如下图所示，Deep-depleted硅传感器在 700 – 850 nm 范围内可提供 90% 的 QE，而传统硅传感器可提供 60% 的 QE。 为了进一步改善 QE，可以通过前照式或背照式设备来改变设备内传感器的方向。前照式设备的入射光通常通过并行寄存器的门进入传感器。这些栅极由非常薄的多晶硅组成，在长波长下相当透明，但在短于 400 nm 的波长下变得不透明。因此，在短波长下，栅极结构会衰减入射光。 　　如果硅传感器均匀变薄，图像可以聚焦在没有栅极结构的传感器后端。由于栅极结构没有光限制，背照式器件对光表现出高灵敏度，使 95% 的 QE 成为可能。采用前照式技术的图像传感器，入射光在撞击传感器之前必须穿过微透镜和金属线，从而降低了最大量子效率。背照式图像传感器的入射光首先会照射传感器，因此设备的 QE 不会降低。 InGaAs 传感器 　　只有当光子具有比材料的带隙能量更高或更短的波长时，半导体才会检测到光子。InGaAs 传感器是由 InAs 和 GaAs 的合金制成的半导体，传统的 InGaAs 传感器具有 x:1-x 的 InAs:GaAs 比率。由于 InGaAs不是天然存在的材料，因此必须在 InP 衬底上生长单晶。 　　InGaAs 传感器的带隙能量通常低于硅，这意味着它们能够检测更长的波长，例如短波红外 (SWIR) 区域 (900-1700 nm)。因此，InGaAs 摄像头在 950-1600 nm 区域内的 QE 80%。显示了典型 InGaAs 传感器的 QE 曲线。通过增加单晶内 InAs 的浓度，截止波长可以扩展到 2600 nm。 尽管 InGaAs 相机在 900 – 1700 nm 范围内具有高 QE，但远端波长截止会随着设备冷却而降低。每冷却 10 摄氏度，这通常会偏移 8 纳米。这意味着进入设备的光子吞吐量很重要，但是远端截止的这种转变可能是有利的，因为它允许传感器充当“可调”低通滤波器。 　　总结 　　QE 是衡量设备在将入射光子转换为电子方面的有效性的指标。不仅 QE波长取决于，它还取决于传感器材料。 　　如果能量高于半导体带隙能量，传感器将检测到入射光子。这就是为什么硅在 500-600 nm 之间具有 95% 的 QE，但对于较长的红外/较短的紫光波长具有较低的 QE，而 InGaAs 在 SWIR 范围(900-1700 nm)上具有高 QE，而不是可见区域或中红外波长范围( 1700 nm)。

近日，中国科学院西安光学精密机械研究所与西北大学合作，在表面功能化光纤传感器研究方面取得重要进展。研究基于通信单模光纤开发出一种免标记、高灵敏度、高选择性的法布里-泊罗(Fabry-Perot)型干涉探针。该探针具有测试便捷、成本低、温度稳定性高等特点，在生物大分子光谱检测方面具备广泛应用前景。 　　胆固醇是细胞膜、脂蛋白、神经细胞和脑细胞中的重要脂质大分子，其浓度与心脏病、高血压、动脉硬化、中风等疾病密切相关。因此，胆固醇水平检测备受关注。与目前常用的电化学法、酶分析、液相色谱、质谱等检测方法相比，光纤光谱检测方法具有体积小、抗电磁干扰、成本极低、免标记等突出特点，在生物化学检测领域备受关注。 　　传统的光纤光谱检测器件(如长周期光栅、倾斜光栅、表面刻蚀布拉格光栅等)受到制备仪器要求严格、温度及形变交叉敏感等困扰，在实用性上有较大局限。 　　该团队从光纤干涉理论及光与物质的相互作用理论出发，采用单模光纤和光纤插芯制备光纤光谱检测器件，通过范德瓦耳斯力在光纤插芯端面依次贴覆环氧树脂-氧化石墨烯(GO)-β环状糊精多层功能膜，基于最外层β环状糊精的疏水型空心分子结构与胆固醇的靶向性吸附结合原理，实现对胆固醇分子的高灵敏度光谱浓度检测，并在尿素、葡萄糖、抗坏血酸、人体血红蛋白等生化分析领域常见干扰物作用下可以呈现出强选择性，具备可重复制备和可重复检测特性，检出限达到3.5M, 灵敏度为3.92 nm/mM。该成果为表面功能化光纤器件在生化光谱分析领域的应用提供了新的思路和手段。 　　此外，研究通过X射线光电子能谱(XPS)探究EDC/NHS活化GO羧基对分子间键合相互作用影响以及β环状糊精和胆固醇分子的成键作用特性，对检测机制进行了验证分析。 　　相关研究成果发表在Analytica Chimica ACTA上。西安光机所为第一完成单位及通讯单位。图1.(a)为实验装置，(b)(c)为干涉结构。图2.(a)胆固醇检测光谱；(b)参杂/未参杂样本检测波长的Langmuir拟合；(c)选择性；(d)器件制备重复性测试。图3.XPS结果。(a) EDC/NHS未活化/活化羧基传感器的XPS光谱；(b)活化羧基传感器的N 1s光谱；(c)(d)分别为经过/未经过EDC/NHS活化羧基传感器的C1s光谱,(e)(f)分别为其O1s光谱EDC/NHS处理的传感器 (g)EDC/NHS活性羧基示意图。

分光光度法可适用于在线仪器，是监控水和污水处理设备的重要方法。分光光度法是一种测定分子对光的吸光度的方法，此方法在在线传感器上的应用已越来越准确和可靠。WTW IQ SensorNet系列紫外(UV) 和紫外可见(UV Vis)传感器具有适用于特定污水处理应用的内置出厂校准，不仅提高准确性，还可减少校准的频次。内置UltraCleanTM超声波清洗，减少校准频次的同时完全去除更换损耗品的必要(如试剂或刮刷)，最大限度减轻了维护工作。本系列传感器甚至还支持通过单个传感器测量多个不同参数，如硝酸盐、亚硝酸盐、总悬浮物 (TSS)、紫外线透射率(UVT-254)、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总有机碳量 (TOC)和其他碳参数。 本系列传感器是水和污水处理设备的一项重要投资，为操作人员提供极大便利。但是如何选择合适的传感器？为确保选择最符合应用的传感器，来看一下选择紫外可见传感器时需要考虑的5个问题。紫外和紫外可见传感器的优势1、无需试剂，即可在线进行硝酸盐、亚硝酸盐、COD、BOD、TOC、UVT-254、NOx和TSS测量2、单个传感器最多可测量并显示五个参数3、UltraClean™ 超声波清洁技术可防止结垢，维护较为简单4、持久耐用的材质：钛和PEEK(聚醚醚酮)即使在最恶劣的条件下仍可保持稳定5、紫外和紫外可见传感器每次测量可扫描256个波长，从而实现更好的准确度和浊度补偿6、工厂已针对过程中的位置进行了校准(进水、二级处理、出水）7、用户可自行校准，从而在应用情况不理想时提高准确度参数硝酸盐：来自硝化过程中NH4转化的人类排泄物的生物污染物。亚硝酸盐：来自人类排泄物的生物污染物，是硝化过程中NH4和NO3的中间型。生化需氧量：微生物在分解流水中的有机废物时消耗的氧气量。被看做是对存在的有机物的量化，并且排放量受到国家污染排放消除系统(NPDES)的排放限制。总有机碳：样品中有机结合的碳量。被认为是对存在的有机物的量化和水质指标。与BOD或COD相比，该测试通常是表示有机物的一种更方便直接的方式。紫外线透射率：在254mm 波长处透射的紫外线百分比。该参数用于指示水中的有机物含量，通常与BOD、COD和TOC相关。该测量值通常用于在消毒过程中自动控制紫外线剂量。总悬浮物固体：水样中被过滤器捕集的悬浮颗粒的净重。该参数通常用作水质的指标，并用于定量分析活性污泥系统(混合液悬浮物，MLSS)中存在的微生物。需要测量什么及测量原因选择紫外或紫外可见传感器时，需要搞清楚的首要问题是测量什么及原因。需要测量什么参数？应用场景是什么？如何使用传感器？取决于应用场景，通过单个传感器监控多个参数可能更为有益。以下是紫外可见传感器在污水处理中最常见的一些应用。 氮硝酸盐氮和亚硝酸盐氮是生物脱氮除磷(BNR)应用中常见的测量参数。硝酸盐在工艺优化中扮演着多种角色，如确保高效地完成硝化、监控硝酸盐去除、控制脱氧区的碳投加量以及确保出水中的氮含量达到排放标准。亚硝酸盐的使用情况较少，因为它是硝化工艺的中间阶段。如果污水处理设备出现亚硝酸盐积累问题或使用快捷反硝化工艺，监控亚硝酸盐将会很有用处。碳碳参数在污水处理中同样具有广泛应用。COD、BOD和TOC是量化样品内碳含量的常见测量参数，其中BOD和TOC专属于有机碳。例如，通常会测量二级处理中的COD来监控有机物负荷。在二级处理中，COD可指示一级或二级处理的效率，或量化需要碳源(反硝化和除磷)的生物处理工艺中的有机碳含量。此外，监控污水处理厂收集系统或进水设施中的COD有助于确定重度负荷来源或提供预警探测。长期以来，这些碳参数的测定都需要昂贵或耗时的实验室程序，因此难以实际使用。如今，借助在线紫外可见传感器，我们便可以利用这些参数实现原本难以实现的工艺控制和预警检测。紫外和紫外可见传感器具有广泛的应用，在某些情况下，通过单个传感器获得多个参数将对操作人员有所助益。例如，TSS是曝气池的常见测量参数，指示微生物浓度(MLSS –混合液悬浮物)。利用包括 TSS与COD组合的传感器，操作人员即可获得用于监控食料与微生物比(F/M 比)的必要信息。使用单个传感器监控多个参数可从单个传感器获得更多有用数据，从而带来附加值。选择紫外可见传感器时，确保查看各传感器的可测参数列表(表1)。单波长传感器和光谱传感器有什么不同？一些制造商仅生产单波长传感器，而其他像WTW一样的制造商除单波长传感器外还生产光谱传感器，后者可提供更多参数和更高的准确性。前面我们一直在谈论光谱传感器，在光谱传感器中，每次测量时都将扫描256个波长的紫外光和可见光以获得所需参数的浓度。此类传感器通过测量每种波长处的吸光率来生成“光谱足迹”。然后，根据传感器中编制的算法将每个“光谱足迹”计算为以 mg/L 为单位的浓度(Smith, 2019)。相比于单波长传感器，光谱测量的精度和准确度更高，因为物质分子会吸收一段波长范围内的光，而并非仅吸收单个波长。附加波长具有许多优势，包括为每个参数提供更多吸收数据、使用一系列波长进行浊度修正，甚至有助于检测不同形式的有机分子。紫外可见光谱传感器扫描的256个波长跨越紫外和可见光范围，从200至720nm(图1)。紫外光谱传感器扫描的256个波长范围为200-390nm。在这个波长范围内，紫外传感器将能够同时测定并区分硝酸盐和亚硝酸盐。硝酸盐和亚硝酸盐通常吸收短波长紫外光(250nm)，有机分子的吸收峰主要出现在250-350nm的紫外波长范围内。380 - 720nm范围内的光吸收来自每次测量时都会测量和进行修正的浊度 (Smith, 2019)。不过，我们仍然有两种使用对单个波长的吸收率来确定特定参数浓度的单波长传感器。UVT-254传感器（或 SAC-254）测量 254nm 波长处的透光率或吸光度(%)。254nm的紫外光能够被有机分子吸收，因此该传感器对测定饮用水和污水内的有机物浓度趋势非常有用。使用 UVT-254传感器，可以输出经过准确校准的COD、BOD和TOC相关值，还会再测一个波长 (550nm) 用于浊度修正。NOx传感器使用单个波长测量硝酸盐(NO3-N)和亚硝酸盐 (NO2-N) 的总和，这足以满足一些生物脱氮除磷应用中的氮监控需求。尽管单波长传感器可以提供有用的数据和趋势，但与光谱传感器相比，其准确度和可重复性不佳。使用单波长进行测量和浊度修正时，此类传感器可能无法检测到某些形式的有机分子，无法区分硝酸盐和亚硝酸盐，也无法准确补偿浊度。单波长和光谱传感器各有优势，所以哪种更适合您的应用呢？使用单波长传感器能够以适中的价格获得有机物或氮氧化物的趋势数据，并且甚至有些应用专门需要用到单波长传感器，例如紫外线消毒需要UVT-254。然而，光谱传感器已针对特定应用（进水、二级处理、出水）进行校准，并且由于此类传感器扫描256个波长，从而准确性、可靠性都比单波长传感器更高，浊度修正也更准确。测量光程是什么？为什么很重要？测量光程是指光源和探测器之间的距离，在分光光度法测量中非常重要。测量光程(又称狭缝宽度)是根据比尔-朗伯定律计算光吸收率时的一个计算因子，并且受样品水浊度的影响极大。因此，紫外可见传感器通常具有固定的测量光程，并针对特定应用提供不同的狭缝。IQ SensorNet紫外可见传感器有2种测量光程可供选择：1mm和5mm(图 2)。1mm狭缝用于监控未经处理的污水和二级处理，因为这些应用通常浊度较高。5mm狭缝用于监控处理后的出水、低浊度污水，有时还可用于监控一些地表水或饮用水应用。取决于应用类型，其他制造商可能还会提供10-50mm的测量光程。选择YSI紫外可见传感器时，注意701型号传感器为 1mm测量光程(适用于未经处理的污水或活性污泥)，705型号传感器为5mm 测量光程(适用于低浊度的处理后出水)。如何安装紫外可见传感器？紫外可见传感器一般比其他在线传感器更大、更沉，因此在确定安装选项时应特别考虑。与所有在线传感器相同，应基于安全性和可达性来选择安装位置和方式。要确保可以轻松接触到传感器，以便偶尔进行维护，因此有足够的操作空间非常重要。传感器的安装位置应符合要求的扶手和过道安全标准。同样，紫外可见传感器的安装也应易于使用，并使传感器易于操作。最后一点，由于传感器可能比较沉，安装的稳固性也非常重要，必须能够承受相应重量，尤其是对于存在堵塞问题的污水设备。紫外可见传感器在污水中最常见的安装方式为浸入式安装。浸入式安装通过将传感器直接浸入集水池或水流中，直接测量过程用水。WTW紫外可见传感器提供两种沉浸式安装选项：刚性安装或摆动/链条安装。刚性安装包括将紫外可见传感器固定至一个金属杆上，然后将金属杆安装至护栏或墙壁上。当需要较稳固的解决方案，如水比较湍急或水中有堵塞时，这种安装类型是最佳选择。对于一般的沉浸式安装应用，摆动和链条安装更具优势。使用这种安装，传感器将更容易操作，因为传感器悬挂在链条末端，通过链条便可轻松地在集水池中进行升降。摆动臂将传感器伸出集水池外面，但是也可容易接近，只需将传感器摆动至靠近护栏的位置就能够拆下传感器进行维护。 对于像处理后的污水出水、污水回用或饮用水等清水应用，流通池可能是最佳选择。在这些应用中，由于缺乏合适的位置或因NSF要求，不能使用沉浸式安装。使用流通池时，紫外可见传感器将采用壁挂式安装，流通池会形成一个腔体让水流经光学窗口。水流持续运送至传感器进行测量，然后排出。无论将WTW紫外可见传感器用于清水还是污水应用，选择最适合的安装选项都非常重要，这样既能够确保传感器正常运行，还可将维修工作量保持在最低限度。 如何维护？尽管紫外可见传感器的维护要求不高，且不需要试剂，但仍然需要偶尔进行保养以优化运行。相比于其他在线传感器，WTW紫外可见传感器具有所需维护工作量最少的巨大优势。本系列传感器具有内置的独特自动超声波清洗系统UltraCleanTM技术。该系统不仅有助于保持测试窗口长久清洁，而且整个系统都置于传感器内部，所以没有需要更换的密封件或挂刷。保持紫外可见传感器清洁对传感器性能至关重要。因此，紫外可见传感器通常带有自动清洁系统，这可有效降低传感器总的维护时间。WTW提供两种类型的自动清洁系统：一种是所有传感器中都已内置的UltraClean；另一种是空气清洁系统。UltraClean超声波清洁系统轻微振动传感器的光学窗口，清除堆积的固体。这种技术已被证明在具有较多固体的污水应用中非常成功，WTW的ViSolid(TSS)和VisoTurb(浊度)传感器中同样也应用了此技术。WTW紫外可见传感器的另一个自动清洁选项是空气清洁系统。该系统使用空气压缩机定期向光学窗口上喷放压缩空气，清除任何可能干扰测量的固体。WTW空气清洁系统直接与传感器相连，并且可以通过控制器进行编程控制，根据所需时间间隔进行清洁。两种自动清洁系统都能使传感器在废水应用中保持数周的准确读数。自动清洁系统非常有助于减少整体维护时间，但是为了达到最佳性能，仍然需要偶尔进行手动清洁。每两周从测量环境中取出紫外可见传感器进行一次手动清洁，可大大减少潜在的测量问题。手动清洁非常简捷，整个过程只需1分钟，包括用清水冲洗测量狭缝、使用清洗液清洗、用软布擦亮镜片然后彻底冲洗干净。此外，还应保持日常维护以确保传感器清洁。维护的另一方面是校准和验证。WTW紫外可见传感器使用实验室参照样品进行校准，用于调整传感器的原始信号与实验室浓度值相关联的斜率。如前文所述，光谱传感器已针对特定应用进行出厂校准，但也可以自行校准，使传感器的测量适应过程用水。单波长传感器也可对主要参数进行校准，但相关值(BOD、TSS、TOC 等)必须根据实验室测量值进行准确校准。应根据需要进行校准，例如当传感器首次安装、移动到新位置或传感器对参考样品的测量不准确时。WTW紫外可见传感器具有双通道测量系统，其中一个相同的参比通道用于监控并校正光源灯或探测器的老化，防止任何潜在校准漂移。这样可免去常规校准的麻烦，但是仍建议使用实验室参考样品对传感器测量值进行常规验证，以确保传感器的准确性。

p　　大气中超细颗粒物的检测首次有了低成本便携式利器。近日，北京大学物理学院肖云峰研究员和龚旗煌院士带领的课题组，成功制备了基于纳米光纤阵列的全光传感器，新传感器的单颗粒粒径分辨率首次达到10纳米。/pp　　颗粒物的高灵敏传感检测在环境监控、国家安全和生化研究等方面具有重要意义。基于光学方法的传感技术具有非物理接触、易于操作且灵敏度高等优势，故而传统光纤传感器已在高灵敏检测领域“大显身手”。/pp　　肖云峰对科技日报记者解释：“国际学术界研究表明，当光纤直径减小至光波长量级时，光纤外部产生显著的倏逝场(尺度约在百纳米量级)，其对周围环境的微弱变化极为敏感，因此，可利用颗粒物在倏逝场中的散射效应，实现对超细颗粒物的传感与尺寸分布测量。”/pp　　据肖云峰介绍，在新研究中，他们首先精确地计算了散射效率与散射体尺寸和光纤直径的关系，预测了纳米光纤传感器的最优几何尺寸和探测极限 随后进行了高灵敏度的纳米光纤阵列的设计和制备，并通过优化光纤模式，实现了单个标准聚苯乙烯纳米颗粒的传感和测量，粒径分辨率达10纳米。/pp　　课题组利用这一传感器对2015年和2016年北京冬季大气细颗粒物进行了持续监测，直接获得了百纳米尺度细颗粒物的粒径分布信息及实时演化图，以此数据为基础计算得到的细颗粒物质量浓度数据与官方公布的数据趋势符合良好，展示了此成果具有较高的应用价值。/pp　　龚旗煌院士说：“与其他传感器相比，纳米光纤型传感不仅精度高，且成本低、操作简单、便于携带，可快速精准地检测出大气中的超细颗粒物，有望为环境保护和雾霾形成机理研究提供一种新的工具。”/pp　　这项成果发表在重要光学期刊《光：科学与应用》上，研究得到了国家自然科学基金委、科技部等的支持。/p