《石英晶体微天平Q》PPT课件

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1、石英晶体微天平——QCM小组成员：王卓然马涛李妍尚维QCM的应用范围用于测定表面物质的重量和粘弹信息，主要应用于的领域：生物医学材料科学高分子物质表面化学研究1.基本原理2.结构与特性3.应用4.前景与展望石英晶体quartzcrystal石英晶体的压电效应石英晶体的压电效应石英晶体的压电效应压电效应的方向性石英晶体电极谐振器与振荡器频率变化与质量变化QCM在液相测量中的应用应用于检测流动细胞QCM结构及特性QCM主要由石英谐振器（探头）、振荡器、信号检测和数据处理等部分组成。QCM结构及特性Q

2、CM结构及特性石英晶体振荡器一般由外壳、晶片、支架、电极板、引线等组成。外壳材料有金属、玻璃、胶木、塑料等，外形有圆柱形、管形、长方形、正方形等多种.能否有效的驱动石英谐振器在谐振频率下振荡，获得稳定的频率信号，关键在振荡器的性能。QCM结构及特性晶片是从一块晶体上按一定的方位角切下的薄片，可以是圆形或正方形，矩形等。按切割晶片的方位不同，可将晶片分为AT、BT、CT、DT、X、Y等多种切型。不同切型的晶片其特性也不尽相同，尤其是频率温度特性相差较大。QCM结构及特性石英谐振器是传感器的接受器和

3、转换器，由AT切石英晶体片经真空沉积或蒸镀等方式在晶片上下表面修饰两个平行的金属电极构成的一种谐振式传感器。常用金属有Au、Ag、Pt、Ni、Pd。QCM结构及特性为提高选择接受功能，常在电极表面修饰具有特异选择识别功能的模材料。应用时根据具体研究体系设计结构和组合方式.QCM结构及特性由于石英晶体微天平称量灵敏度是一条钟罩形的曲线，这给准确地进行称量带来了困难。所以，样品必须均匀地涂布在电极表面，才能获得重复性、再现性好的测量结果。要得到均匀涂布的样品，制样方法以真空镀膜为最好，其次是喷雾和电

4、镀。其它方法(例如：用棉花签涂抹、用注射器等)都难以达到均匀的目的。QCM结构及特性QCM检测系统具有如下显著特点:(1)实时性能够对生物大分子的反应动力过程进行监测,系统每秒都可以收集数个数据点当发生变化时可直接观测,除了分子吸附，QCM提供结构信息。(2)高效性一般完成一个基本的测试用时在15min以内。(3)简便性生物分子无需标记,设备简单;成本低,电极可以再生和反复使用.任何表面都可以被涂上一个同质层（少于5μm）例如：金属、陶瓷、聚合体、化学改进表面等.石英晶体微天平之应用应用有机化学

5、电化学领域QCM分析化学领域生物医学www.themegallery.comCompanyLogo应用于电化学金电极上单分子层氧的吸附机理研究1氧化还原过程离子和溶剂在聚合物膜中的传输2高分子膜及金属电沉积3溶解动力学研究4www.themegallery.comCompanyLogo金电极上单分子层氧的吸附机理研究—循环伏安法www.themegallery.comCompanyLogo从CV图可以看出,向正电位方向扫描时,金电极在0.9～1.1V处出现一个氧化峰,标志着氧化态金的形成,一般认

6、为是形成了二价的AuO返扫时,在0.5V出现一个还原峰,标志着氧化态金被还原从相应的频率-电位图来看,当电位从0扫向0.8V时,频率下降表示电极上质量增加相应的CV图上这一电位段却非常平坦,基本上看不出电流响应,没有氧化峰出现,通过分析这段的质量增加可归因于溶液中阴离子的吸附金电极上单分子层氧的吸附机理研究图Au晶振电极在pH=6.1的磷酸缓冲液中扫描的CV图和EQCM频率响应图www.themegallery.comCompanyLogo金电极上单分子层氧的吸附机理研究当电位超过0.9V时,频

7、率下降的幅度增加,一直持续到1.3V,对应着氧化态金的形成根据文献,金的氧化过程为:AuA·xH2O+Au—AuA·AuOH(1-γ)-·(x–1)H2O+H++γe-AuOH—AuO+H++e-式中A代表吸附于电极表面的酸根阴离子,这个过程几乎不应有大的质量变化,但由于AuO在电场作用下会发生金-氧原子的位置交换反应,即Au-O—O-AuO-Au+H2Oaq—O-Au(H2O)ads氧原子向金属内部嵌入,而交换到表面的金原子又可再吸附到水分子,所以△m可能是由此引起的，在返扫过程中,当电位低于

8、0.5V,出现大幅度质量下降,对应着氧化态金被还原。图Au晶振电极在pH=6.1的磷酸缓冲液中扫描的CV图和EQCM频率响应图www.themegallery.comCompanyLogo应用于电化学金电极上单分子层氧的吸附机理研究1氧化还原过程离子和溶剂在聚合物膜中的传输2高分子膜及金属电沉积和膜的生长3溶解动力学研究4www.themegallery.comCompanyLogo溶剂中离子在聚合物膜中的传输举例：用微量注射器吸取PFDMS的THF溶液(2mg／2mL)4μL，滴加在石英振荡片