一、引言

化学传感器是一种能够将特定化学物质浓度转化为电信号或其他可测量信号的装置，广泛应用于空气质量监测、水质检测、食品安全、医疗诊断、工业过程控制等领域。随着纳米材料、微纳加工和人工智能技术的发展，化学传感器正朝着高灵敏度、高选择性、低成本、便携化的方向演进。

二、化学传感器的基本类型与工作原理

根据传感机制不同，化学传感器可分为：

电化学传感器：如pH传感器、离子选择性电极；

光学传感器：如荧光、吸收光谱、表面等离子共振（SPR）；

质量敏感型传感器：如石英晶体微天平（QCM）、表面声波（SAW）；

气体传感器：如半导体、催化燃烧、红外吸收型；

生物传感器：结合酶、抗体、DNA等生物分子实现特异性检测。

三、核心技术与系统构成

1. 电化学传感器模块

由工作电极、参比电极、对电极组成，常用于检测溶解氧、重金属离子、有机污染物等。

2. 光纤化学传感器

通过光纤传递光信号并与待测物质发生反应，适用于远程监测与危险环境。

3. 气体传感器阵列

多个传感器组合使用，结合模式识别算法，实现复杂气体混合物的成分识别。

4. 生物传感器芯片

集成生物分子探针与微流控通道，用于快速检测病原体、肿瘤标志物、药物代谢物等。

四、典型应用场景

1. 大气污染监测

用于检测PM2.5、NO₂、SO₂、CO等有害气体，支持城市空气质量预报与治理决策。

2. 水质安全检测

监测饮用水中的铅、砷、硝酸盐、农药残留等指标，保障公众健康。

3. 医疗诊断与个性化治疗

如血糖仪、乳酸测定仪、新冠病毒抗原检测仪等，依赖化学传感器实现即时检测（POCT）。

五、挑战与未来发展趋势

当前面临的问题包括：

交叉干扰导致检测选择性下降；

长期稳定性与重复性不佳；

小型化与批量制造成本高。

未来发展方向包括：

纳米材料增强型传感器：如石墨烯、MOF、量子点；

柔性可穿戴化学传感器：用于连续健康监测；

AI辅助信号处理与模式识别：提升检测准确率；

低成本一次性传感器开发：拓展消费级市场；

多参数融合检测系统：实现多组分同步分析。