《石英晶體微天平Q》PPT課件

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1、石英晶體微天平——QCM小組成員：王卓然馬濤李妍尚維QCM的應(yīng)用范圍用于測(cè)定表面物質(zhì)的重量和粘彈信息，主要應(yīng)用于的領(lǐng)域：生物醫(yī)學(xué)材料科學(xué)高分子物質(zhì)表面化學(xué)研究1.基本原理2.結(jié)構(gòu)與特性3.應(yīng)用4.前景與展望石英晶體quartzcrystal石英晶體的壓電效應(yīng)石英晶體的壓電效應(yīng)石英晶體的壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)的方向性石英晶體電極諧振器與振蕩器頻率變化與質(zhì)量變化QCM在液相測(cè)量中的應(yīng)用應(yīng)用于檢測(cè)流動(dòng)細(xì)胞QCM結(jié)構(gòu)及特性QCM主要由石英諧振器（探頭）、振蕩器、信號(hào)檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理等部分組成。QCM結(jié)構(gòu)及特性QCM結(jié)構(gòu)及特性石英晶體振蕩器一般由外殼、晶片、支架、電極板、引線等組成。外殼材料有金屬、

2、玻璃、膠木、塑料等，外形有圓柱形、管形、長(zhǎng)方形、正方形等多種.能否有效的驅(qū)動(dòng)石英諧振器在諧振頻率下振蕩，獲得穩(wěn)定的頻率信號(hào)，關(guān)鍵在振蕩器的性能。QCM結(jié)構(gòu)及特性晶片是從一塊晶體上按一定的方位角切下的薄片，可以是圓形或正方形，矩形等。按切割晶片的方位不同，可將晶片分為AT、BT、CT、DT、X、Y等多種切型。不同切型的晶片其特性也不盡相同，尤其是頻率溫度特性相差較大。QCM結(jié)構(gòu)及特性石英諧振器是傳感器的接受器和轉(zhuǎn)換器，由AT切石英晶體片經(jīng)真空沉積或蒸鍍等方式在晶片上下表面修飾兩個(gè)平行的金屬電極構(gòu)成的一種諧振式傳感器。常用金屬有Au、Ag、Pt、Ni、Pd。QCM結(jié)構(gòu)及特性為提高選擇接

3、受功能，常在電極表面修飾具有特異選擇識(shí)別功能的模材料。應(yīng)用時(shí)根據(jù)具體研究體系設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和組合方式.QCM結(jié)構(gòu)及特性由于石英晶體微天平稱量靈敏度是一條鐘罩形的曲線，這給準(zhǔn)確地進(jìn)行稱量帶來了困難。所以，樣品必須均勻地涂布在電極表面，才能獲得重復(fù)性、再現(xiàn)性好的測(cè)量結(jié)果。要得到均勻涂布的樣品，制樣方法以真空鍍膜為最好，其次是噴霧和電鍍。其它方法(例如：用棉花簽涂抹、用注射器等)都難以達(dá)到均勻的目的。QCM結(jié)構(gòu)及特性QCM檢測(cè)系統(tǒng)具有如下顯著特點(diǎn):(1)實(shí)時(shí)性能夠?qū)ι锎蠓肿拥姆磻?yīng)動(dòng)力過程進(jìn)行監(jiān)測(cè),系統(tǒng)每秒都可以收集數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)當(dāng)發(fā)生變化時(shí)可直接觀測(cè),除了分子吸附，QCM提供結(jié)構(gòu)信息。(2)高效

4、性一般完成一個(gè)基本的測(cè)試用時(shí)在15min以內(nèi)。(3)簡(jiǎn)便性生物分子無需標(biāo)記,設(shè)備簡(jiǎn)單;成本低,電極可以再生和反復(fù)使用.任何表面都可以被涂上一個(gè)同質(zhì)層（少于5μm）例如：金屬、陶瓷、聚合體、化學(xué)改進(jìn)表面等.石英晶體微天平之應(yīng)用應(yīng)用有機(jī)化學(xué)電化學(xué)領(lǐng)域QCM分析化學(xué)領(lǐng)域生物醫(yī)學(xué)www.themegallery.comCompanyLogo應(yīng)用于電化學(xué)金電極上單分子層氧的吸附機(jī)理研究1氧化還原過程離子和溶劑在聚合物膜中的傳輸2高分子膜及金屬電沉積3溶解動(dòng)力學(xué)研究4www.themegallery.comCompanyLogo金電極上單分子層氧的吸附機(jī)理研究—循環(huán)伏安法www.themega

5、llery.comCompanyLogo從CV圖可以看出,向正電位方向掃描時(shí),金電極在0.9～1.1V處出現(xiàn)一個(gè)氧化峰,標(biāo)志著氧化態(tài)金的形成,一般認(rèn)為是形成了二價(jià)的AuO返掃時(shí),在0.5V出現(xiàn)一個(gè)還原峰,標(biāo)志著氧化態(tài)金被還原從相應(yīng)的頻率-電位圖來看,當(dāng)電位從0掃向0.8V時(shí),頻率下降表示電極上質(zhì)量增加相應(yīng)的CV圖上這一電位段卻非常平坦,基本上看不出電流響應(yīng),沒有氧化峰出現(xiàn),通過分析這段的質(zhì)量增加可歸因于溶液中陰離子的吸附金電極上單分子層氧的吸附機(jī)理研究圖Au晶振電極在pH=6.1的磷酸緩沖液中掃描的CV圖和EQCM頻率響應(yīng)圖www.themegallery.comCompanyLo

6、go金電極上單分子層氧的吸附機(jī)理研究當(dāng)電位超過0.9V時(shí),頻率下降的幅度增加,一直持續(xù)到1.3V,對(duì)應(yīng)著氧化態(tài)金的形成根據(jù)文獻(xiàn),金的氧化過程為:AuA·xH2O+Au—AuA·AuOH(1-γ)-·(x–1)H2O+H++γe-AuOH—AuO+H++e-式中A代表吸附于電極表面的酸根陰離子,這個(gè)過程幾乎不應(yīng)有大的質(zhì)量變化,但由于AuO在電場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生金-氧原子的位置交換反應(yīng),即Au-O—O-AuO-Au+H2Oaq—O-Au(H2O)ads氧原子向金屬內(nèi)部嵌入,而交換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，在返掃過程中,當(dāng)電位低于0.5V,出現(xiàn)大幅度質(zhì)量下降

7、,對(duì)應(yīng)著氧化態(tài)金被還原。圖Au晶振電極在pH=6.1的磷酸緩沖液中掃描的CV圖和EQCM頻率響應(yīng)圖www.themegallery.comCompanyLogo應(yīng)用于電化學(xué)金電極上單分子層氧的吸附機(jī)理研究1氧化還原過程離子和溶劑在聚合物膜中的傳輸2高分子膜及金屬電沉積和膜的生長(zhǎng)3溶解動(dòng)力學(xué)研究4www.themegallery.comCompanyLogo溶劑中離子在聚合物膜中的傳輸舉例：用微量注射器吸取PFDMS的THF溶液(2mg／2mL)4μL，滴加在石英振蕩片