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出版者:

作者:Janata, Jiri

出品人:

页数:350

译者:

出版时间:2009-7

价格:$ 123.17

装帧:

isbn号码:9780387699301

丛书系列:

图书标签:

• 化学传感器
• 传感器
• 化学
• 分析化学
• 电化学
• 材料科学
• 纳米技术
• 生物传感器
• 环境监测
• 检测技术

物质检测技术前沿：传感原理与应用实践 内容提要： 本书旨在全面、深入地探讨当代物质检测领域的核心技术——化学传感器和生物传感器的工作原理、设计策略、关键材料以及广泛应用。本书结构严谨，内容涵盖从基础理论到前沿研究的各个层面，特别侧重于新兴传感平台和实际工程化挑战的解决方案。全书分为七大部分，共二十章，旨在为化学、材料科学、电子工程、环境科学及生物医学工程领域的研究人员、工程师和高年级学生提供一本权威且实用的参考书。 第一部分：传感基础与理论框架 (Fundamentals and Theoretical Framework) 本部分首先建立化学传感器的理论基础。第一章详细阐述了“传感”的本质——从分析物与敏感材料之间的相互作用到可测量电信号输出的完整转换过程，引入了选择性、灵敏度、响应时间、稳定性等核心性能指标的定量定义。第二章深入剖析了各类物理化学界面现象，包括吸附/解吸、电荷转移、分子识别构象变化等，这些是所有传感机制的微观基础。特别强调了热力学和动力学在评估传感器性能中的作用。第三章聚焦于信号处理与校准，介绍了如何从复杂的环境噪声中提取有效信号，并探讨了线性化、漂移补偿以及多点校准的最佳实践。 第二部分：电化学传感平台 (Electrochemical Sensing Platforms) 电化学方法是目前应用最广泛的传感技术之一。第四章系统回顾了电化学传感器的基本类型：电位传感器（离子选择性电极的改进与新型膜材料）、安培传感器（电催化与电氧化还原机制）和电导/阻抗传感器（界面阻抗谱分析）。第五章专注于电催化材料的设计与应用，重点介绍了纳米结构碳材料（如石墨烯、碳纳米管）和过渡金属氧化物（如 $ ext{RuO}_2$, $ ext{MnO}_2$）在提高电化学活性和抗干扰能力方面的最新进展。第六章深入探讨了生物电化学传感器的构建，特别是酶电极、抗体电极和核酸适配体（Aptamer）固定化技术，用于高特异性的生物分子检测。 第三部分：光学与光谱传感技术 (Optical and Spectroscopic Sensing Techniques) 光学方法因其非接触性、快速响应和高抗电磁干扰能力而在特定场合占据重要地位。第七章介绍了基于光吸收、荧光发射和表面等离子体共振（SPR）的传感原理。详细分析了有机染料和半导体量子点作为光学探针的优势与局限性。第八章着重探讨了光纤传感技术在远程和苛刻环境下的应用，包括光纤布拉格光栅（FBG）传感器用于应力、温度和气体吸附监测的结构设计。第九章聚焦于比率式光学传感，讨论了如何通过双波长或双荧光团系统有效消除光源强度波动和基质效应带来的误差。 第四部分：半导体与场效应晶体管传感器 (Semiconductor and FET-Based Sensors) 场效应晶体管（FET）传感器，特别是化学场效应晶体管（ChemFET）和生物场效应晶体管（BioFET），代表了集成化、微型化传感器的发展方向。第十章详细解析了半导体器件的能带理论与界面态密度对传感灵敏度的影响。第十一章重点介绍了高K介电材料（如 $ ext{HfO}_2$, $ ext{Al}_2 ext{O}_3$）在栅极氧化层上的应用，以增强对表面离子吸附的敏感度。第十二章探讨了基于金属氧化物半导体（MOS）的气体传感器的机理，如何通过材料的氧气缺陷和表面反应来选择性地检测 $ ext{CO}$, $ ext{NO}_2$ 等还原性或氧化性气体。 第五部分：新兴材料与纳米结构设计 (Emerging Materials and Nanostructure Design) 现代传感器的性能突破很大程度上依赖于新型功能材料的开发。第十三章全面概述了纳米技术在传感中的应用，包括零维（量子点）、一维（纳米线、纳米管）和二维材料（石墨烯、过渡金属硫化物 $ ext{TMDs}$）的合成方法及其独特的电学、光学特性。第十四章重点讨论了共轭聚合物和金属有机框架（MOFs）作为新型识别层的优势，特别是在有机挥发性化合物（VOCs）和湿度传感方面的潜力。第十五章聚焦于仿生传感器的设计，如何利用分子印迹聚合物（MIPs）和受体蛋白模拟物，实现对特定目标物的空间和化学结构识别。 第六部分：传感器集成与系统化 (Sensor Integration and Systemization) 将单个传感器元件提升为一个可操作的检测系统是实现实际应用的关键步骤。第十六章探讨了微机电系统（MEMS）技术在传感器阵列制造中的应用，如何实现多参数、高通量检测的集成化。第十七章关注传感器的信号调理电路设计，包括低噪声放大、阻抗转换以及无线数据传输模块的选型与优化。第十八章详细讨论了现场校准和长期监测中的漂移补偿算法，以及如何结合人工智能技术（如神经网络）对复杂多组分混合物信号进行解耦和分类。 第七部分：特定领域应用与未来展望 (Specific Domain Applications and Future Outlook) 本部分将理论与实践相结合，展示了先进传感技术在关键领域的实际部署。第十九章聚焦于环境监测与食品安全，包括水质重金属的实时监测、农药残留的快速筛查，以及空气质量中超细颗粒物和有毒气体的长期在线监测方案。第二十章展望了化学传感的未来发展方向，包括可穿戴、植入式生物传感器的能量采集与自供电技术、高通量筛选平台（如微流控芯片与传感器结合），以及开发具有自主学习能力的“电子鼻”和“电子舌”系统的挑战与机遇。 本书特点： 深度与广度兼备： 覆盖了化学传感的电、光、热、磁等多种物理化学转换机制，理论深度足够支撑研究生阶段的研究工作。 强调材料科学： 投入大量篇幅讨论新型纳米材料和功能性有机材料的设计与制备，将其视为提升传感器性能的核心驱动力。 面向工程应用： 不仅停留在基础机理层面，还详细探讨了信号处理、系统集成、抗干扰设计等实际工程化问题。 结构清晰，逻辑连贯： 内容从基本原理过渡到技术平台，再到材料创新和系统集成，便于读者系统性地掌握该领域知识体系。

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这本书在案例分析上的缺失，让我感到非常遗憾。理论知识固然重要，但工程学科的精髓在于如何将理论转化为实际可操作的设备。然而，这本书几乎完全回避了实际工程中的“陷阱”和“教训”。例如，在讨论薄膜沉积技术对传感器灵敏度和稳定性的影响时，它只给出了理想状态下的性能曲线，却对实际操作中常见的温度波动、环境湿度干扰以及电极钝化等问题避而不谈。我尝试根据书中的参数设计一个简单的气体传感器原型，结果发现，理论预测值与实验测得值之间存在巨大的偏差，而书中没有任何章节能帮助我诊断问题出在哪里。一个真正有价值的教科书，应该包含大量的真实世界数据、故障排除指南和设计权衡的讨论。这本书在这方面表现得极为保守和理论化，像是一个只活在纸面上的完美世界里的理论模型。

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我必须承认，这本书的参考文献列表是其最值得称赞的部分，它提供了一个相当广阔的学术视野。然而，这种“广阔”的代价是，作者自身的原创性贡献和对核心内容的提炼能力显得不足。许多章节与其说是在阐述作者自己的见解，不如说是在机械地摘录和总结其他权威学者的工作，缺乏一种批判性的审视和深入的个人洞察。它更像是一个详尽的文献综述合集，而非一部具有独立思想体系的专著。阅读过程中，我不得不频繁地在书中的引文和外部资料之间来回切换，以求得更深层次的理解，这大大增加了学习的负担。这本书未能建立起一个清晰的“作者声音”，读者听到的更多是来自四面八方的“回音”，而不是一个清晰、权威的指导。对于那些想要建立自己研究框架的人来说，这本书提供的“脚手架”不够坚固，更多的是一堆堆现成的砖块。

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这本书的印刷质量简直是灾难性的，纸张薄得像蝉翼，稍微用力翻动，就能感觉到那种廉价的粗糙感。内页的排版也极其混乱，文字间的距**度时而松散得让人心烦，时而又挤压得像是要跳出纸面，阅读体验简直是一场折磨。更不用提那些插图和图表的质量了，那些本应清晰展示复杂化学结构和工作原理的图像，最终呈现出来的是一团模糊不清的灰影，很多细节根本无法辨认，这对于一本需要精确理解概念的专业书籍来说，是不可饶恕的疏忽。我花了大量时间去猜测那些本该一目了然的示意图到底想表达什么，这极大地拖慢了我的学习进程。感觉作者和出版商对读者的尊重程度为零，似乎只想着尽快地把一个半成品推向市场，赚一笔快钱。如果不是因为其内容在特定领域确实具有一定的参考价值，我早就把它扔到角落里吃灰了。这种低劣的制作水准，完全配不上它所承载的知识的重量。

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阅读这本书的过程，就像是迷失在一片由晦涩术语和过度简化的理论构筑的沼泽地里。作者在解释关键概念时，总是习惯于跳过那些至关重要的中间步骤，直接抛出一个结论，期望读者能够心领神会。比如，在介绍某些复杂的信号处理算法时，对傅里叶变换的应用只是蜻蜓点水般提及其重要性，却完全没有深入剖析它在实际传感器数据去噪中的具体数学模型和适用条件。这使得任何缺乏深厚背景知识的初学者都会感到力不从心，根本无法建立起坚实的理论基础。这本书更像是一本写给领域内顶尖专家们互相交流的内部备忘录，而不是一本旨在普及和教育的教材。它假设了读者已经掌握了绝大部分预备知识，一旦你稍有迟疑，它就会无情地将你抛弃在知识链条的后面，留给你的只有挫败感和对自身智力的怀疑。它的行文风格过于傲慢，缺乏必要的教学耐心。

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这本书的结构安排实在令人费解，章节之间的逻辑跳跃性太大，读起来总感觉像是在进行一次毫无规划的旅行。开篇对电化学传感器的综述部分写得还算扎实，但紧接着，它就毫无过渡地一头扎进了光学传感器的波导理论，仿佛两个主题之间不存在任何关联。更奇怪的是，关于生物传感器和纳米材料在传感领域应用的最新进展，这些本应是全书的亮点和前沿部分，却被压缩在了最后一章，而且内容更新得异常滞后，引用的大多是十年前的研究成果。这使得这本书的实用价值大打折扣，因为它未能跟上技术飞速发展的步伐。我期待看到的是一个循序渐进、层层递进的知识体系，而不是这种东拼西凑、章节独立性过强的集合。它更像是一本由不同作者在不同时间随意拼贴起来的文集，缺乏一个统一、清晰的叙事主线来贯穿始终，导致学习的连贯性被严重破坏。

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