化學(xué)傳感器由識(shí)別元件和換能元件所構(gòu)成。識(shí)別元件可以對(duì)所檢測的不同化合物 （待分析物）進(jìn)行識(shí)別和感知；換能元件則可以產(chǎn)生一個(gè)其數(shù)值與待分析物濃度呈函數(shù)關(guān)系的信號(hào)。化學(xué)傳感器中還包含了一類能對(duì)生物化學(xué)物質(zhì)和生物反應(yīng)進(jìn)行識(shí)別的生物傳感器。生物傳感器應(yīng)用生物元件（例如生物體、酶、抗體、組織和細(xì)胞）作為感受器，因而有別于傳統(tǒng)的化學(xué)傳感器。一般來說，依據(jù)待分析物的物相不同可將化學(xué)傳感器大致區(qū)分為氣體傳感器、液體傳感器和固體微粒傳感器。也可進(jìn)一步依據(jù)換能元件的工作原理不同而將其區(qū)分為光學(xué)式傳感器、電化學(xué)傳感器、熱學(xué)式傳感器以及重力（質(zhì)量敏感）式傳感器。更細(xì)致的敏感模式分類依據(jù)可參見由Jiri Janata撰寫的專著[1]，其中對(duì)各類化學(xué)傳感器的長處和所面臨的挑戰(zhàn)都進(jìn)行了綜合評(píng)述。

化學(xué)傳感器已經(jīng)成為現(xiàn)代技術(shù)推進(jìn)型社會(huì)中不可或缺的一類產(chǎn)品，在化工流程、制藥、食品、生物化學(xué)和環(huán)境、公共安全、工業(yè)安全、臨床醫(yī)學(xué)和室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域都有所應(yīng)用[2～6]。如同許多科技領(lǐng)域那樣，化學(xué)傳感器在近年來也得益于計(jì)算機(jī)、集成電路、新材料、新穎設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理工具的強(qiáng)有力推動(dòng)。這一領(lǐng)域的技術(shù)推進(jìn)可從化學(xué)傳感器的微型化、廉價(jià)、便于攜帶和可批量生產(chǎn)，并得以用于靜態(tài)和連續(xù)測量，甚至用于環(huán)境狀況的遙測等方面得到例證。此外，納米結(jié)構(gòu)材料[7]的研究和傳感器陣列在電子鼻系統(tǒng)[8]中的應(yīng)用提高了傳感器件對(duì)被測對(duì)象的選擇性。上一個(gè)十年的突破性進(jìn)展推動(dòng)了化學(xué)傳感器進(jìn)入新市場的進(jìn)程和在已有市場中的新應(yīng)用[9]。在本文的不長篇幅中，我們將對(duì)引人矚目的傳感技術(shù)的某些實(shí)例進(jìn)行討論。化學(xué)傳感器在環(huán)境監(jiān)控中的應(yīng)用將首先討論，然后對(duì)涉及國土安全的化學(xué)戰(zhàn)劑和傳統(tǒng)爆炸物檢測進(jìn)行討論。最后，對(duì)化學(xué)傳感器所面臨的挑戰(zhàn)和未來展望作一概述。

1 用于環(huán)境監(jiān)控的化學(xué)傳感器

化學(xué)傳感器被期望在環(huán)境監(jiān)控（包括室內(nèi)和室外）和環(huán)境控制（空氣和水）方面起著重要作用，以提升人類的生活質(zhì)量。全球能源消耗的大幅增長和超預(yù)期的污染物排放使人們?nèi)找骊P(guān)注用于環(huán)境保護(hù)、修復(fù)和重建的新型監(jiān)控技術(shù)。電子鼻(e-nose)和電子舌（e-tongue）已被證明是人們關(guān)注自然環(huán)境退化時(shí)可使用的一種有效技術(shù)。電子鼻和電子舌的名詞代表著由生物傳感器或氣體傳感器所構(gòu)成的陣列器件，其輸出信號(hào)經(jīng)過了模式識(shí)別技術(shù)的處理。按照通常的名詞學(xué)規(guī)則，電子鼻可以定義為一種由多個(gè)具有半選擇性和可逆性的獨(dú)立氣體傳感器組成的陣列并附帶有模式識(shí)別軟件，有可能用來模擬人類嗅覺系統(tǒng)。圖1顯示了一個(gè)電子鼻系統(tǒng)的各個(gè)組成部件。當(dāng)前已出現(xiàn)了基于各種不同技術(shù)的多種商用電子鼻系統(tǒng)，分別用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。

Persaud和Dodd[10]在1982年首次報(bào)道了采用半導(dǎo)體傳感器的嗅覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可用于多種有氣味物質(zhì)的檢測。此后，陸續(xù)開發(fā)了多種先進(jìn)的商用電子鼻系統(tǒng)，同時(shí)也發(fā)表了不少有關(guān)應(yīng)用電子鼻進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測的評(píng)論文章[11～15]。適用于某些特殊情況并采用不同傳感原理的實(shí)用商品化電子鼻系統(tǒng)以及未來的發(fā)展前景在上述文章中都有所評(píng)述。不同作者在評(píng)論電子鼻的現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)都會(huì)不約而同地談及所面臨的一系列挑戰(zhàn)。主要的問題是傳感系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性，特別是不打算降低系統(tǒng)對(duì)待測試樣的靈敏度或選擇性時(shí)，情況會(huì)變得更為嚴(yán)峻。毫無疑問，溫度、濕度、壓力、周期性波動(dòng)或季節(jié)變化以及污染性工藝都會(huì)導(dǎo)致無法接受的選擇性和靈敏度降低。我們也都注意到接收元件在避免不想發(fā)生的非特異吸附過程時(shí)起著關(guān)鍵作用。如何對(duì)接收元件進(jìn)行調(diào)控并使其在頻繁變化的環(huán)境中保持其穩(wěn)定性和選擇性，這是傳感器得以正常操作的根本條件。多種氣體感知技術(shù)，例如電導(dǎo)型、電位型、電流型、表面聲波型、石英微天平型、量熱型和光學(xué)式等技術(shù)已被用于電子鼻系統(tǒng)。本文擬對(duì)兩種價(jià)格低廉和長期穩(wěn)定的電化學(xué)式氣體傳感器技術(shù)進(jìn)行簡略討論。

圖1 電子鼻系統(tǒng)的組成部件

1.1 金屬氧化物氣體傳感器系統(tǒng)

基于金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)的電導(dǎo)型傳感器是最常用于環(huán)境監(jiān)控的傳感器之一。它們也常常被稱作Taguchi或Figaro傳感器 (以發(fā)明者和生產(chǎn)廠家的名字命名)。此類氣體傳感器以金屬氧化物片或薄膜作為敏感材料。其感知機(jī)理可表述如下：當(dāng)接收元件暴露于待測氣體中時(shí)，其電阻發(fā)生改變?；瘜W(xué)成分（表面氧濃度）和局域載流子濃度（氧化還原態(tài)）的改變通常被認(rèn)為是電阻變化的起因[16]。Barsan等所提出的導(dǎo)電機(jī)制的較完整演繹被廣泛采用于金屬氧化物氣體傳感器響應(yīng)機(jī)理的解釋[17]。近年來，金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)已被用作敏感元件，以改善靈敏度和選擇性[18]。一維金屬氧化物納米材料的電導(dǎo)可以用下式表達(dá)[18]：

式中n0代表載流子濃度，μ代表淌度，l是納米結(jié)構(gòu)的長度，D是納米結(jié)構(gòu)的直徑，w則是與納米材料Debye長度相關(guān)的表面電荷區(qū)的寬度。

敏感材料的Debye長度可以用下式來表達(dá)[18]：

式中ε0代表絕對(duì)介電常數(shù)，ε是納米結(jié)構(gòu)的相對(duì)介電常數(shù)，k是波爾茨曼常數(shù)，T是溫度，VS則是被吸附物所誘導(dǎo)的鍵彎曲。該體系中的傳感器響應(yīng)定義如下[18]：

式中G0和G1代表傳感器與待分析氣體接觸前后的電導(dǎo)。從式1至式4可推論如下，施加外加?xùn)烹妷?、在材料生長過程中進(jìn)行金屬雜質(zhì)摻雜、調(diào)節(jié)操作溫度以及改變納米結(jié)構(gòu)的幾何形狀等措施都有助于提高氣體傳感器的靈敏度。盡管納米結(jié)構(gòu)金屬氧化物氣體傳感器看來非常有吸引力，但如何改進(jìn)信噪比、提高選擇性以及避免中毒等方面的研究尚嫌不足。從整體上提高納米傳感器的性能，再加上改善封裝工藝以及與微電子線路的無縫集成，可從另外一個(gè)角度提高其在環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用領(lǐng)域的競爭力。從根本上看，假如在標(biāo)定、長期穩(wěn)定性和選擇性方面有所改進(jìn)的話，電子鼻將在環(huán)境監(jiān)控和控制系統(tǒng)中扮演極有價(jià)值的角色。

1.2 電化學(xué)混合電位氣體傳感器系統(tǒng)

非能斯特電位響應(yīng)型氣體傳感器顯示了異乎尋常的長時(shí)間穩(wěn)定基線和響應(yīng)的穩(wěn)定性，有可能用于電子鼻系統(tǒng)。有賴于某些特定的催化劑，此類傳感器可以在每一個(gè)以釔-氧化鋯 （氧離子導(dǎo)體）作為電解質(zhì)的電極上產(chǎn)生混合電位[19]。此類傳感器已可用于檢測許多種不同的氣體，例如氮氧化物[20]、碳?xì)浠衔颷21]、氨氣[22]和一氧化碳[23]。選擇合適的操作溫度、傳感器偏置電壓/電流和電極材料可得到所需的選擇性。圖2a、b及c顯示了三種不同的混合電位傳感器對(duì)多種氣體（如碳?xì)浠衔?、氮氧化物、氨和一氧化碳）的響?yīng)，對(duì)非甲烷類碳?xì)浠衔铩⒌趸?氨和氨具有選擇性[24,25]。如同所報(bào)道的那樣，上述傳感器具有獨(dú)特的設(shè)計(jì)，并顯示了某些特有的長處。微型化的電極/電解質(zhì)界面和它的形貌穩(wěn)定性使得傳感器具有超常的穩(wěn)定性和靈敏度。與傳統(tǒng)的氧傳感器不同，這一傳感器在設(shè)計(jì)時(shí)采用了致密的電極和多孔的電解質(zhì)。這樣的設(shè)計(jì)帶來的一個(gè)直接好處是提高了對(duì)氮氧化物的靈敏度。這一特性來源于當(dāng)傳感器暴露于氮氧化物中時(shí)所引起的界面阻抗變化[26]。為了使混合電位傳感系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)控方面得以實(shí)際應(yīng)用，要求有一個(gè)封裝良好的多元傳感系統(tǒng)，并包含一個(gè)集成在芯片上的微型加熱器，各個(gè)元件的材料組成、操作溫度和操作模式均可調(diào)節(jié)，使其對(duì)各種特定氣體達(dá)到最佳

響應(yīng)。

圖2 對(duì)不同待分析物的混合電位響應(yīng)：a)傳感器結(jié)構(gòu)：La0.8Sr0.2CrO3/YSZ/Pt，開路，550 ℃，200 sccm;b)傳感器結(jié)構(gòu)：La0.8Sr0.2CrO3/YSZ/Pt，偏置-1.4 μA，550 ℃，200 sccm;c)傳感器結(jié)構(gòu)：Au/YSZ/Pt，開路， 600 ℃，500 sccm

2 用于國土安全的化學(xué)傳感器

2.1 化學(xué)戰(zhàn)劑

化學(xué)戰(zhàn)劑 （Chemical warfare agents，CWA）和生物武器、核武器都是具有極大殺傷力的武器，對(duì)其進(jìn)行測定與國土安全密切相關(guān)。相對(duì)于生物武器和核武器而言，化學(xué)武器的生產(chǎn)、獲得、攜帶和散布都是比較方便的。因而在對(duì)付國際恐怖分子和非國家行動(dòng)者的易準(zhǔn)備襲擊時(shí)，如何進(jìn)行測定便顯得非常重要。大量研究工作著重于價(jià)廉、便攜和能進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的系統(tǒng)和方法的研發(fā)。

Hill和Martin[27]撰寫了一篇用于化學(xué)戰(zhàn)劑檢測的傳統(tǒng)分析方法的評(píng)論。作者依據(jù)檢測方法所提供信息量的維數(shù)而將其區(qū)分為三個(gè)類別。最簡單的那一類化學(xué)品檢測方法(一維)著眼于被檢測化合物與其它背景化合物和干擾物共存時(shí)能進(jìn)行選擇性檢測。將一種分離方法與上述一維傳感器結(jié)合在一起時(shí)，其特異性便得以大大提高，因而可稱之為二維檢測器。三維傳感器（分離再加上過濾）可用于高分辨率篩查，其缺陷在于儀器的復(fù)雜性。由于這些儀器裝置的復(fù)雜而需要一個(gè)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)室來支撐，因而難以進(jìn)行現(xiàn)場測定。本文將著重于評(píng)述一維傳感器，特別是如何將采用光譜及毫米波技術(shù)的傳感器組裝到CWA檢測器之中。

本世紀(jì)初，采用電流型酶基生物傳感器進(jìn)行了有機(jī)磷神經(jīng)毒劑的測定[28]。將有機(jī)磷水解酶通過共價(jià)鍵合固定化在玻璃珠表面，得到了所需的生物傳感器。固定化酶將有機(jī)磷化合物水解成電活性物質(zhì)，然后以電流法進(jìn)行測定。此外，化學(xué)電阻和化學(xué)電容模式傳感器被開發(fā)用于CWA檢測?；瘜W(xué)電阻法傳感器通常使用導(dǎo)電高聚物薄膜，當(dāng)其接觸到揮發(fā)性化合物時(shí)薄膜發(fā)生溶脹。通過電阻測量來確定高聚物薄膜的溶脹程度，從而知曉待測物質(zhì)的濃度。由于高聚物薄膜的溶脹過程是可逆的，上述化學(xué)電阻元件可在待測化合物不存在時(shí)進(jìn)行重新設(shè)置。因此，這一傳感器可以重復(fù)使用而無需更換敏感元件。由這些器件組成的陣列[29]常用來測定不同物質(zhì)的化學(xué)特征。

Mlsna等[30]報(bào)道了另外一類傳感機(jī)制。所報(bào)道的化學(xué)電容法微型傳感器是一個(gè)十層平板電容器，在其表面附著有可作為吸附劑的介電材料（圖3）。對(duì)這一種能選擇性地吸附外來化合物蒸氣的電極陣列的介電常數(shù)進(jìn)行測定，從被高聚物吸附劑填充的電容器在吸附和解吸前后的介電常數(shù)變化便可得知外來化合物蒸氣的濃度。研究者應(yīng)用這一傳感器對(duì)CWA進(jìn)行了測定，諸如硫芥子氣，沙林(Sarin)，索曼(Soman)和塔崩(Tabun)等。近來，Diakowski[31]應(yīng)用交流阻抗譜法（EIS）對(duì)類似神經(jīng)毒劑進(jìn)行了篩查，傳感器表面附有與二茂鐵賴氨酸耦合的碳納米管識(shí)別層。EIS測量顯示當(dāng)加入CWA模擬物后，識(shí)別層的電性質(zhì)發(fā)生了巨大改變。由于采用了新的設(shè)計(jì)和新的傳感原理，此類用于CWA測定的篩查系統(tǒng)的性能正在逐漸改進(jìn)中。用于化學(xué)氣氛監(jiān)控的芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)發(fā)展極快，價(jià)廉和能耗低的小尺寸系統(tǒng)正在開發(fā)中。

圖3 用于化學(xué)戰(zhàn)劑檢測的化學(xué)電容微型傳感器的橫截面圖。器件包含平行板傳感器元件和高聚物介電材料（經(jīng)Elsevier出版社同意使用[30]）

2.2 爆炸物檢測

“2004年情報(bào)改革和防止恐怖行動(dòng)法案 (美國)”（P.L.108-458） 指令國土安全部將研發(fā)和廣泛設(shè)置乘客爆炸物品篩查儀器列為高度優(yōu)先的地位。最近發(fā)生的圣誕節(jié)爆炸事件(2009年12月25日)中采用了季戊四醇四硝酸酯（Penta erthyritol tetranitrate PETN)。這一事件促使以成本低廉的方法對(duì)常量和痕量爆炸物進(jìn)行監(jiān)測成為當(dāng)務(wù)之急。本節(jié)將著重討論如何用化學(xué)傳感器對(duì)痕量爆炸物進(jìn)行檢測。痕跡測定被用于測定爆炸殘留物或由于觸摸而產(chǎn)生的沾污甚或爆炸物的周圍環(huán)境。對(duì)適用于痕量爆炸物的檢測技術(shù)進(jìn)行評(píng)述后發(fā)現(xiàn)，離子淌度譜儀（IMS）看來可以達(dá)到所需的靈敏度，與爆炸物蒸氣測定法的結(jié)果相近。但是IMS儀器[32,33]通常以小劑量放射性材料作為離子化源，價(jià)格昂貴，當(dāng)大氣條件變動(dòng)時(shí)需要重新標(biāo)定。作為另外一種檢測策略，化學(xué)傳感器具有潛力去模擬搜索犬的功能[34]。后者被認(rèn)為是最可靠的可移動(dòng)檢測方法。

在許多化學(xué)傳感器系統(tǒng)里，接收層通常被用來鍵合擬測定的目標(biāo)爆炸物，鍵合作用促使物理或化學(xué)參數(shù)發(fā)生改變。例如，Caron等[35]報(bào)道了一種用于測定硝基芳族爆炸物的傳感器系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于一種特殊熒光材料（二亞胺亞苯基亞乙炔基化合物）的便攜式檢測器。當(dāng)硝基芳族化合物，例如三硝基甲苯（TNT）或它的衍生物2,4二硝基甲苯（DNT）的蒸氣出現(xiàn)時(shí)，由于待測的硝基芳族化合物被吸附于熒光材料的特殊吸附位點(diǎn)上而導(dǎo)致其熒光降低。Capua等[36]報(bào)道了一種用砷化鎵制造的場效應(yīng)晶體管陣列，能對(duì)三丙酮三過氧化物（TATP）選擇性吸附。這一器件的柵極被烷基磷酸酯或烷基硫醇自組裝單分子層所取代。與此相仿，Larsson等[37]研究了將如下兩種硫醇化合物分別自組裝在金表面而制得的生物芯片：端基為羥基的寡-(OEG)-烷基硫醇或TNT類似物(2,4-二硝基苯)。表面等離子共振（SPR）和石英晶體微天平（QCM）技術(shù)被用來監(jiān)控在線固定化的抗TNT單克隆抗體的離解。大多數(shù)情況下，爆炸物的鑒別是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

在眾多的化學(xué)傳感器中，電化學(xué)系統(tǒng)顯示了高選擇性、便于攜帶、寬線性范圍以及所需空間和能耗都很小。此外，批量生產(chǎn)的傳感器成本低廉，適合于廣泛配置。這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)使用此類爆炸物檢測技術(shù)以抵御恐怖襲擊是至關(guān)重要的。電化學(xué)器件的缺陷在于檢測爆炸物蒸氣時(shí)的低靈敏度，因而需要與一個(gè)預(yù)濃縮裝置聯(lián)用。由于大多數(shù)爆炸物的蒸氣壓極低，因而需收集大量空氣樣品，以得到足夠量的爆炸物分子供傳感器檢測。這一預(yù)濃縮器就像一個(gè)小的吸塵器，用來吸入蒸氣或極微小顆粒到收集表面。濃縮的蒸氣可以傳輸?shù)揭粋€(gè)電流型或電位型傳感器，進(jìn)行爆炸物的痕量測定[38]。與預(yù)濃縮器相聯(lián)的傳感器系統(tǒng)是一個(gè)手提裝置，可以用來檢測爆炸物的極稀薄蒸氣（ppt數(shù)量級(jí)）的氣味、毒品和其它化學(xué)品。Cizek等[39]報(bào)道了TNT的電流法測定。作為硝基芳族化合物的一種，TNT很容易在汞電極和碳電極上被還原，以便進(jìn)行電化學(xué)測定。還原峰來自于TNT的逐級(jí)還原，所生成相應(yīng)的羥胺和胺類化合物可以被定量測定。作者報(bào)道了TNT測定的線性范圍，在預(yù)濃縮器中的濃度范圍從0.25至10毫克。

近來，基于釔摻雜氧化鋯固體電解質(zhì)的電化學(xué)和混合電位氣體傳感器[40]對(duì)烈性爆炸物（該文中的實(shí)例為PETN,TNT,和RDX）的痕量檢測（1～10 μg）得到了驗(yàn)證。所使用的傳感器是目前廣泛用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中所用氧傳感器的一個(gè)特殊品種。這一進(jìn)展令人感到鼓舞。應(yīng)用已開發(fā)的前端技術(shù)[38]將某些區(qū)域和表面所沾污的烈性爆炸物富集和濃縮，使各種低蒸氣壓烈性爆炸物得以被測定。對(duì)于相等數(shù)量的烈性爆炸物而言，所測得的傳感器響應(yīng)值并不因樣品的相對(duì)蒸氣壓不同而有所差異。在上述研究工作中，應(yīng)用了特殊設(shè)計(jì)的熱壁型碳?xì)浠衔锖偷趸飩鞲衅鲗?duì)爆炸物進(jìn)行測定。

對(duì)每一個(gè)傳感器響應(yīng)的峰面積進(jìn)行了計(jì)算并發(fā)現(xiàn)與注入熱管線并經(jīng)其后的收集器富集的烈性爆炸物的數(shù)量成比例。圖4a是碳?xì)浠衔飩鞲衅骱偷趸飩鞲衅鲗?duì)10微克三硝基甲苯（TNT）的響應(yīng)曲線圖。對(duì)季戊四醇四硝酸酯（PETN）的測定得到了類似的曲線。圖4b是碳?xì)浠衔飩鞲衅骱偷趸飩鞲衅鲗?duì)PETN的以峰面積計(jì)算的響應(yīng)曲線。數(shù)據(jù)表明，傳感器響應(yīng)隨著痕量PETN濃度的增加而增加。進(jìn)一步看，結(jié)果表明采用對(duì)碳?xì)浠衔锖偷趸锞哂辛己眠x擇性的多個(gè)傳感器組合系統(tǒng)可以用來對(duì)不同的烈性爆炸物進(jìn)行鑒別。應(yīng)用對(duì)烈性爆炸物各種基本化學(xué)組分（例如硝基、氨基和羰基）可分別響應(yīng)的多個(gè)傳感器所組合成的監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，出現(xiàn)正誤差的幾率比目前所采用的技術(shù)要小。

圖4 應(yīng)用混合電位氣體傳感器作為檢測器進(jìn)行痕量爆炸物測定。檢測裝置中包含前置的取樣器和預(yù)濃縮器a)碳?xì)浠衔锖偷趸飩鞲衅鲗?duì)TNT的響應(yīng)下限為10微克。b)碳?xì)浠衔锖偷趸飩鞲衅黜憫?yīng)曲線下的面積是PETN質(zhì)量的函數(shù)

3 挑戰(zhàn)和展望

化學(xué)傳感器在監(jiān)測危險(xiǎn)品的許多應(yīng)用方面都取得了顯著的商品化進(jìn)展。盡管如此，化學(xué)傳感器在提高選擇性和長期穩(wěn)定性方面仍需進(jìn)一步發(fā)展。對(duì)傳感器與待分析物之間的相互作用方面則可從如下角度作深入研究：1）結(jié)構(gòu)與活性關(guān)系的定量研究；2）濕度、溫度和壓力等物理參數(shù)對(duì)傳感器行為的影響；3）擴(kuò)散、傳質(zhì)、表面應(yīng)力和結(jié)合親和力等對(duì)選擇性和靈敏度影響的實(shí)驗(yàn)測定。上述研究及深入理解可能會(huì)帶來傳感器性能的改善和更廣泛的應(yīng)用。

受未來應(yīng)用的推動(dòng)，化學(xué)傳感器的一個(gè)重要發(fā)展趨勢是“高階”（high order）或（原理）互不相關(guān)(orthogonal)的傳感器新品種以及化學(xué)敏感陣列器件。所謂“高階”的含義是指將不同的敏感原理同時(shí)應(yīng)用于一個(gè)接收器層上。例如，一種電化學(xué)傳感器可同時(shí)采集光信號(hào)響應(yīng)并將這二種不同來源的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)和綜合，為分析工作提供了額外的維度，以了解待分析物的多維特征。從另外的角度看，一個(gè)陣列芯片上的各個(gè)接收器表層如果都采用了同一傳感原理，這樣的陣列可稱為“零階”（zero order）器件。增加陣列芯片上單一傳感器的數(shù)量或增加傳感器的“位階”都可以改善其靈敏度和選擇性。絕大多數(shù)的應(yīng)用都要求化學(xué)傳感器是價(jià)廉、便攜和易于商業(yè)化生產(chǎn)的器件，同時(shí)還必須降低測試結(jié)果的負(fù)偏差和正偏差。最近的市場調(diào)查報(bào)告預(yù)期化學(xué)傳感器的市場需求年增長將為7.6%，預(yù)計(jì)2012年的市場需求將達(dá)到54億美元[41]。

4 結(jié)論

化學(xué)傳感器是一種與一個(gè)敏感層結(jié)合在一起的變換器件，可以將化學(xué)相互作用轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。它們通常是尺寸較小并可進(jìn)行實(shí)時(shí)測量的器件，并受控于化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過程?；瘜W(xué)傳感器和生物傳感器技術(shù)在環(huán)境、安全以及與人為攻擊相關(guān)的待分析物的鑒別和定量分析方面顯示出活躍的探索前景。商品化的微型化學(xué)傳感器及其延伸產(chǎn)品已可用于許多特殊應(yīng)用領(lǐng)域。

盡管化學(xué)傳感器在某種程度上已足夠成熟，可以在極為苛刻的條件下對(duì)待分析物進(jìn)行感知，但是在實(shí)驗(yàn)室中測得的靈敏度和選擇性常常無法在現(xiàn)場測試時(shí)重現(xiàn)。傳感器的選擇性、靈敏度和可逆性依舊是人們關(guān)注的主要問題。談到這些關(guān)注點(diǎn)，靈敏度的問題可以通過恰當(dāng)?shù)念A(yù)處理和預(yù)濃縮技術(shù)來提高；過濾和分離裝置有助于選擇性的提高，也可用來降低交叉干擾和正、負(fù)偏差。采用這樣的測量方法無疑會(huì)增加整個(gè)測試系統(tǒng)的復(fù)雜性，但是從以往的經(jīng)驗(yàn)和目前的技術(shù)來看，具有附加裝置的傳感器系統(tǒng)無疑優(yōu)于研發(fā)一種具有重大缺陷的簡單產(chǎn)品。未來的傳感器系統(tǒng)可能是通過采用與先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)結(jié)合的傳感器陣列和“高階”傳感器來改善選擇性和靈敏度。化學(xué)傳感器系統(tǒng)的研發(fā)將繼續(xù)提供價(jià)格較低廉的便攜式儀器來作為大型分析系統(tǒng)的替代品，以便用于需求各異的應(yīng)用領(lǐng)域。

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