1.3.1 SPR传感器的性能参数

早期都是直接测量金属表面气体和液体等介质的折射率变化的，现在通过测量介质折射率或厚度的变化来间接测量金属表面分子的浓度或分子、蛋白的相互反应过程，SPR传感器及其检测方法经过了长期发展和巨大变化，贯穿其中的是传感器性能参数的优化。常用的性能参数有灵敏度、分辨率、动态范围、检测限（Limit Of Detection，LOD）、测量精度等，下面将进行详细介绍。

1.灵敏度

传感器的灵敏度定义为传感器的输出变化量和被检测物质参数变化量的比值。对SPR传感器而言，以检测金属表面一定浓度的溶液为例，灵敏度S C定义为传感器输出Y（如共振波长、共振角度、测量强度和测量相位）和该溶液浓度C的比值：

式中，SRI为传感器输出对溶液折射率的灵敏度；SNC为溶液折射率与浓度的比值，由溶液本身的性质决定。SRI可用式（1.10）[2]表示：

式中，nef为 SP 等效折射率；Sef为传感器输出对 SP 等效折射率的灵敏度，由耦合装置和检测方法决定；SD为 SP 等效折射率与溶液折射率的比值，由金属表面介质的构成决定。Homola J 利用微扰理论[26]分别针对金属附近介质的折射率变化和表面折射率变化两种情况计算了SD。SP等效折射率对介质体折射率变化的灵敏度公式如下：

2.分辨率

SPR 传感器的分辨率定义为能检测到的最小输出量对应的金属表面介质折射率的变化，其中传感器最小输出量的值通常由传感器的检测噪声决定。所以，传感器的分辨率rRI定义为传感器输出噪声的标准差（Standard Deviation，SD）与上述传感器输出对溶液折射率的灵敏度SRI的比值

式中参数主要由噪声决定，σ为传感器输出噪声的标准差。利用反射光强度计算传感器参数的方法有很多，Homola J等人以传感器输出参数的数据处理方法为例[26]证明了传感器的分辨率与测量反射光得到的数据量、反射光强度在阈值处的噪声、SPR峰宽度等因素有关。

3.动态范围

SPR 传感器的动态范围表示可以被该传感器检测物理量的线性变化区间。以棱镜耦合SPR 装置为例，其可测量的折射率变化范围由 npsinθ 决定，其中，np 为棱镜折射率，sinθ为入射角的正弦值。因此可以通过提高棱镜折射率来增大SPR传感器的动态范围。

4.检测限

SPR 传感器的检测限定义为最小的输出参数对应的被检测物质的浓度。检测限 YLOD的值由式（1.13）计算：

式中，Yblank表示没有检测时输出的参量的平均值；σblank表示Yblank的标准差；m表示所选择的数值因子，数值一般为2或3[27]。

检测限浓度的计算公式如下：

式中，SC由式（1.9）计算得到，表示SPR传感器针对被检测物质浓度的灵敏度。

5.测量精度

SPR传感器的测量精度表示传感器测量得到的被检测物的物理量与真实物理量之间的逼近程度，一般由误差与输出参数的百分比表示。这种测量精度与 SPR 峰的深度和半高宽的比值（Depth-to-Width Ratio，DWR）相关，DWR值越大，测量精度越高。