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用于爆炸物探测的生化传感器及检测装置研究

作　者: 郑三婷
导　师: 倪原
学　校: 西安工业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 爆炸物探测 分子印迹技术 压电晶体 生化传感器
分类号: TP212.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


爆炸是恐怖主义者最常使用且造成后果最为严重的一种手段,对社会稳定、国家安全造成了极大的威胁,因此,采取有效的探测技术对隐藏爆炸物进行检测极为必要,同时对爆炸物检测技术进行研究具有深远的现实意义。本文基于压电石英晶体灵敏的响应性能和由分子印迹技术制备的分子印迹聚合物的特异性识别功能及其高度稳定性,研究了一种将分子印迹技术与生化传感器相结合的用于对爆炸物进行检测的方法。通过对生化传感器的原理及其组成进行深入理解,经过认真比对筛选,最终选用分子印迹聚合物(MIPs)作为传感器的识别元件。采用以甲基丙烯酸MAA为功能单体、氯仿为溶剂、过硫酸铵为引发剂的表面分子印迹法,分别制备出了TNT、奥克托今、黑索金以及硝酸铵四种炸药分子的MIPs,根据静态平衡测试法分别对这几种MIPs的吸附性能进行了研究并通过选择性实验对其专一识别性进行了验证。将压电晶体作为转换元件,深入分析识别元件的固定方式,通过对聚合物与聚氯乙烯用量进行实验研究,确定了其用量比,成功地将识别元件固定到转换元件上制作了分子印迹压电传感器。本文详细分析了检测装置的整体结构原理,对其各个模块的设计,包括振荡电路、混频电路、滤波电路等的设计进行了深入的研究。通过将这些电路结合来对检测晶振与参考晶振之间的差频进行测量,最终根据差频的大小判断检测物中是否存在炸药,以此实现对炸药的检测。MIPs吸附实验结果表明,制备的MIPs对其相应的炸药模板分子均具有较好的结合率,即吸附性能良好。制成的传感器的灵敏度至少可达到10-6g的量级,将其应用于炸药的检测实验,并通过实验分析了传感器的再生性。实验结果表明其再生性能良好,每个传感器能重复使用数十次以上。该传感器成本低廉、小巧轻便,有望用于机场、火车站等安检部门。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-20
  1.1 爆炸物探测技术综述  8-12
    1.1.1 前言  8
    1.1.2 用于爆炸物的体检测技术简介  8-9
    1.1.3 微量爆炸物的检测技术  9-12
  1.2 生化传感器介绍  12-13
    1.2.1 传感器定义及分类  12
    1.2.2 生化传感器及其组成  12-13
  1.3 分子印迹技术  13-17
    1.3.1 分子印迹技术的基本原理  14
    1.3.2 分子印迹聚合物的识别功能  14-15
    1.3.3 分子印迹聚合物在传感器方面的应用  15-17
  1.4 论文研究的目的及意义  17
  1.5 论文研究的主要内容  17-18
  1.6 论文结构  18-19
  1.7 本章小结  19-20
2 传感器识别元件的制备  20-28
  2.1 生化分子识别元件选择  20-21
  2.2 MIPs的制备  21-25
    2.2.1 实验方法研究  22-23
    2.2.2 实验试剂与仪器  23-24
    2.2.3 溶剂选择  24
    2.2.4 实验步骤  24-25
  2.3 分子印迹聚合物识别性能的研究  25-27
    2.3.1 标准曲线的制作与结合率测定  25-27
  2.4 本章小结  27-28
3 分子印迹压电生化传感器制作  28-35
  3.1 压电生化传感器原理分析  28-31
    3.1.1 压电石英晶体  28-29
    3.1.2 英晶体等效电路  29-30
    3.1.3 Sauerbrey方程描述  30-31
  3.2 分子印迹压电传感器制作  31-34
    3.2.1 压电石英晶体传感器膜的固定方式研究  31-32
    3.2.2 传感器制作  32-34
  3.3 本章小结  34-35
4 检测装置设计  35-45
  4.1 整体工作原理分析  35-36
  4.2 各模块电路设计  36-44
    4.2.1 振荡电路设计与仿真  36-37
    4.2.2 波形变换电路设计与仿真  37-38
    4.2.3 放大电路设计  38
    4.2.4 混频电路设计与仿真  38-40
    4.2.5 滤波电路设计  40-42
    4.2.6 整形电路设计  42-43
    4.2.7 单片机系统设计  43-44
  4.3 本章小结  44-45
5 实验测试与讨论  45-55
  5.1 检测炸药简介  45-46
  5.2 MIPs吸附性能测试实验结果与讨论  46-51
    5.2.1 TNT印迹聚合物的测试结果  46-47
    5.2.2 黑索金印迹聚合物的测试结果  47-48
    5.2.3 硝酸铵印迹聚合物的测试结果  48-49
    5.2.4 奥克托今印迹聚合物的测试结果  49-50
    5.2.5 吸附性能测试结论  50-51
  5.3 聚合物的选择性能研究  51
  5.4 频率检测及传感器回复性能研究  51-53
  5.5 试验误差的分析  53-54
    5.5.1 误差产生的原因  53
    5.5.2 误差的降低方法  53-54
  5.6 本章小结  54-55
6 结论  55-58
  6.1 总结  55
  6.2 展望  55-58
参考文献  58-62
攻读硕士学位期间发表的论文  62-63
致谢  63-65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 化学传感器
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