● 摘要
光导纤维化学传感器是分析化学在八十年代的一项重大发展。光学纤维允许光的远距离传播，与传感技术相结合是传感以不可思议的方式进行。光导纤维可直接进入各种环境，测定时不再需要取样。由于光纤维具有电绝缘性好、传输信息容量大、能量混好地、抗干扰性能强、环境适应性佳和内高温等优点，在分析化学中的应用颇受重视。光导纤维化学传感器是一根单臂或双臂光纤上（或者具有光波导作用的平面上）的适当位置，安装一个具有分子识别和换能器功能的固定化试剂相薄膜作为敏感元件，用于提取多种光学信息，在通过光波导作用进行检测。 一个优良的传感器应具有选择性好、灵敏度高、稳定性好、可逆性好和响应速度快等特点。光导纤维化学传感器所使用的光学指示系统和载体是影响传感器性能的最重要因素。许多光学试剂都是担负着化学识别和光学信息转换的功能，而载体则对保证试剂的上述功能起促进作用。分子识别反应的键合常数直接决定着传感器的灵敏度和可逆性，载体的传质阻力影响着传感器的响应速度。 按照光信息的种类，光导纤维化学传感器可分为吸收和反射、荧光、磷光、化学发光、红外和拉曼传感器等。以用于多种无机物和有机物的测定，并已成功的应用于临床化学、免疫分析、药物分析、环境分析和放射性裂变产物等领域。其中消耗性传感器占相当的比例，诸如基于不可逆指示的阴、阳离子传感器，基于抗体对于抗原不可逆键合反映的免疫传感器和许多生物传感器，它们大多数基于某种试剂的逐渐消耗所引起的光学性质的变化设计的，由于试剂消耗的速度远小于固定化试剂的总量，因而每个固定化试剂相均可用于待测物的连续监控，效果类同于可逆传感器。 本论文全面总结和论述了光导纤维吸收和反射传感器和荧光传感器的原理、识别层与换能器的设计及国内外的研究现状。虽然迄今为止已有许多化学传感器的探头设计，但目前报道的吸收和反射性传感器主要集中在酸度、二氧化碳、氨气、硫离子、氟离子以及碱金属和铅李子等传感器上。有关其他金属离子的传感器报道很少，而且为数不多的这些传感器的设计又几乎全部是基于固定反应产物的光化学传感器。这主要是因为金属离子与大多数配位试剂形成稳定的配合物，使得传感膜被封闭导致光化学传感器存在可逆性和灵敏度难以协调的矛盾，从而限制了人们进行基于固定化分子识别试剂的金属离子传感器的尝试。这也是该研究领域值得重视探索和完善的内容。光导纤维技术与荧光分析法相结合的光导纤维传感器在化学传感器的应用上占有明显的优势。其指示剂相获得的信息既可以来源于被测物的基态反应所产生的光谱变化，如金属荧光显色反映、酸碱平衡变化和静态荧光萃灭等，又可来源被测物对荧光的动态萃灭和被测物对指示剂相荧光的物理和化学微扰，如湿度效应、溶剂极性、压力和粘度的影响等。荧光传感器在大气和水质的污染物监测、遥测光谱、生产过程的自动控制、生物医学科学和临床化学研究中起了重要的作用。特别是对临床和生化领域的重要组分的传感，例如血气、电解质、代谢产物、酶、辅酶、免疫蛋白、禁阻剂、毒物、药物等的测定已成为其应用的最重要和最广泛的领域。 本论文从寻找一系列分子识别反映和载体入手，研制成功了一些性能优异的光学传感器，它们均在实际样品分析中获得了应用。其主要成果为： 一、首次研究了一种流动性钴离子反射传感器。远离基于固定在上海-717阴离子交换树脂上的甲基百里酚兰与溶液中钴离子的配合反应，引起试剂相反射性能的变化，可进行20ng/ml-1ug/ml范围内钴离子的测定，检出限为5ng/ml,响应时间为90秒。使用0.2M盐酸可是配合物分解，传感层再生。已用于茶叶及VB12中钴的测定，结果与标准方法测定值相吻合。 二、随后发展了一种新的光线波传感器。以Amberlyst A-27阴离子交换树脂为基质，红三羧酸钠为固定化试剂，测定了40ng/ml---1ug/ml范围内的钵离子，检测限为6ng/ml.经钵离子吸附饱和的传感层，可用1M的盐酸将钵离子全部洗脱。用此方法测定矿样中钵的含量，结果与国家标准局颁布的标准值吻合得很好。 三、合成了一种以烷基取代B-环糊经上羧基的新式载体。目的在于降低B-环糊经外部的极性，使非极性分子更容易接近和进入空腔，与B-环糊精形成包合配合物。经过筛选，选用2，6-0-二乙基-B-环糊精固定在硅胶上作为载体，基于在载体与潘生丁的配合反应使潘生丁荧光增强的原理制成了潘生丁荧光传感器。传感器已被用于测定尿样及药剂中的潘生丁，结果令人满意。 四、用相同的载体进一步设计了四环素荧光传感器。基于这一原理设计的荧光传感器不仅灵敏度大大提高，选择性能、稳定性能也都得到了改善。该传感器已被成功用于尿样及药剂中四环素的检测。四环素、土霉素、金霉素的检出限分别为4.0、9.0、7.5nM