电化学石英晶体微天平及其应用

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1、维普资讯http://www.cqvip.com分析化学1995。23(9)1095～1lol评连与进展FENXIHUAX~(Chi~seJ0urna1ofAna1”

2、ca1Chemistry)1095。I电化学石英晶体微天平及其应用弋／JrI盎墨垫：：至—盏(中国科学院长春应用化学研究所电分析化学开放研究实验室，长春130022)摘要车文介绍了EQCM的原理硬其应用，探讨了EQcM在生物大分子，纳米技术方面的应用，详细介绍了EQCM在气昧检测、金属电沉积、药物分析等方面研究的优点和EQCM的发展前景．关键调电化学互童监丝壬'化学修饰电极'曼

3、堕’类脂’光谱电化学’!查f阑1引言石英晶体微天平(QcM)是一种非常灵敏的质量检测器，它发展于60年代初，可以进行纳克级的质量测定“．QCM与电化学技术联甩，构成电化学石英晶体微天平(EQCM)．它在获得电化学信息的同时又可以得到质量的信息，具有其它方法无法比拟的优越性．EQCM的应用日新月异，目前它在诸如金属电沉积、化学修饰电极、生物医学、药物分析、气味检测等方面都有了应甩，并且已经不仅局限于简单的浓度测定，而且已深入到反应机理、化学反应动力学等方面的研究．2工作原理QCM的核心是一种沿着与石英晶体主光轴成35。15切割(AT—CUT)而

4、成的石英晶体振荡片，其结构如图1所示．之所以采甩AT—CUT是因为在室温下其温度系数接近于零；这样，在室温下就可以降低温度对实验的影响．对于刚性沉积物，晶体振荡频率变化AF正比于工作电极上沉积物的质量改变△^只要(1)zXF小于2，。l(2)溶剂的粘弹性不变；(3)沉积物的厚度基本均匀}则有Sauerbrey公式成立。：AF=一2．6×10△M图1石英晶体，。；石英晶振的基频(MHz)；zXF；石英晶振的频率改变量，．1Quar~Cr，s抽l1．石晶英晶片(quan；crta1)I2．电般又称频移值(Hz)；△M：沉积在电极上的物质质量改变(

5、g)I柑料(elect~emateria1)．：工作电撅的面积(cm)．可以看出，频移值AF与质量改变AM之间有一简单的线性关系，负号表示质量升高，频率降低，这也是QCM的基本原理．其工作装置如图2所示．由此图可见．QCM的两个金属电极之一作为工作电极使用．是电化学反应的场所一另一个电极与谐振线路联接．这样连接的QCM在获得电化学信息的同时又通过频率的测定获得了质量的信息．利用QCM灵敏的质量传感性能与电化学技术紧密结合，可以现场获取电极1994一l31收稿I1995一Ol一30接受维普资讯http://www.cqvip.com1096分析

6、化学第23卷上质量随电位变化的信息“，跟踪电极／溶液界面的各种传质和传荷过程囝2QcM实验装置示意囝Flg-2ExperimentalsetupA．信号发生器(generator)IB．恒电位仪(potentiostaI)IC．计算机系境(computer)ID．打印机(printer)IE．振蔷线路(oKill~mrcJreuh)}F．冀卑计敦器(fRquencycounter)IG．电化学{电(electrochemlca]cel1)IWE．研究电撮(石英晶体),CE．辅助电楹iRE．叁比电楹(RE，CE，WE=renceelectrod

7、e．couR~relectrodeandworkingelectz'cde-re。pectily)．3EQCM与化学修饰电极(CME)联用在电分析化学中的应用卜一由于Sauerbrey方程是在真空和气相条件下导出的，自从1964年King。首先利用QCM技术成功地制成气体传感器以来，QCM在环境中气体的涮定方面得到了广的应用，但直到80年代它才成功地被应用于溶液中．这是因为在溶液中QCM有较大的能量损失，不容易起振．在溶液中的成功应用，使得QCM在电分析化学中获得了更为广阔的应用前景．为了提高QCM的选择性，人们利用各种方法对电极表面进行修饰

8、，赋予电极预定的功能，可以有选择地在这种修饰电极上进行所期望的反应．3．1环境中的气体检测Guilbault等人用62l的碘化镉，尿素和甘油的混合物修饰电极对H。S进行了涮定，线性范围是2～25nag／L，涂层寿命为20天{Neuburger。用zn基底测定了mg／L级的HCIlMiura等“利用贵金属(Pd，Pt，Ir或Pt·h)修饰的压电晶体灵敏的温度响应特性，制成了压电温度传感器，对易燃气体如H，CO和异丁烷等进行了涮定wBoufxenar等”用压电设备监测和控制麻醉气体，如NzO等l修饰了甲基化p-CD(环糊精)的QCM被用来检测卤代

9、碳氢化合物“”)Yan等。利用QCM上的有机物涂层。选择性的涮定了N：，HO和硝基苯蒸气}由于PPy(聚吡咯)涂层的QCM暴露于NH，，HS和各种有机蒸气中频率会降