電化學(xué)石英晶體微天平及其應(yīng)用

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1、維普資訊http://www.cqvip.com分析化學(xué)1995。23(9)1095～1lol評連與進(jìn)展FENXIHUAX~(Chi~seJ0urna1ofAna1”

2、ca1Chemistry)1095。I電化學(xué)石英晶體微天平及其應(yīng)用弋／JrI盎墨墊：：至—盞(中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所電分析化學(xué)開放研究實驗室，長春130022)摘要車文介紹了EQCM的原理硬其應(yīng)用，探討了EQcM在生物大分子，納米技術(shù)方面的應(yīng)用，詳細(xì)介紹了EQCM在氣昧檢測、金屬電沉積、藥物分析等方面研究的優(yōu)點和EQCM的發(fā)展前景．關(guān)鍵調(diào)電化學(xué)互童監(jiān)絲壬'化學(xué)修飾電極'曼

3、墮’類脂’光譜電化學(xué)’!查f闌1引言石英晶體微天平(QcM)是一種非常靈敏的質(zhì)量檢測器，它發(fā)展于60年代初，可以進(jìn)行納克級的質(zhì)量測定“．QCM與電化學(xué)技術(shù)聯(lián)甩，構(gòu)成電化學(xué)石英晶體微天平(EQCM)．它在獲得電化學(xué)信息的同時又可以得到質(zhì)量的信息，具有其它方法無法比擬的優(yōu)越性．EQCM的應(yīng)用日新月異，目前它在諸如金屬電沉積、化學(xué)修飾電極、生物醫(yī)學(xué)、藥物分析、氣味檢測等方面都有了應(yīng)甩，并且已經(jīng)不僅局限于簡單的濃度測定，而且已深入到反應(yīng)機(jī)理、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)等方面的研究．2工作原理QCM的核心是一種沿著與石英晶體主光軸成35。15切割(AT—CUT)而

4、成的石英晶體振蕩片，其結(jié)構(gòu)如圖1所示．之所以采甩AT—CUT是因為在室溫下其溫度系數(shù)接近于零；這樣，在室溫下就可以降低溫度對實驗的影響．對于剛性沉積物，晶體振蕩頻率變化AF正比于工作電極上沉積物的質(zhì)量改變△^只要(1)zXF小于2，。l(2)溶劑的粘彈性不變；(3)沉積物的厚度基本均勻}則有Sauerbrey公式成立。：AF=一2．6×10△M圖1石英晶體，。；石英晶振的基頻(MHz)；zXF；石英晶振的頻率改變量，．1Quar~Cr，s抽l1．石晶英晶片(quan；crta1)I2．電般又稱頻移值(Hz)；△M：沉積在電極上的物質(zhì)質(zhì)量改變(

5、g)I柑料(elect~emateria1)．：工作電撅的面積(cm)．可以看出，頻移值A(chǔ)F與質(zhì)量改變AM之間有一簡單的線性關(guān)系，負(fù)號表示質(zhì)量升高，頻率降低，這也是QCM的基本原理．其工作裝置如圖2所示．由此圖可見．QCM的兩個金屬電極之一作為工作電極使用．是電化學(xué)反應(yīng)的場所一另一個電極與諧振線路聯(lián)接．這樣連接的QCM在獲得電化學(xué)信息的同時又通過頻率的測定獲得了質(zhì)量的信息．利用QCM靈敏的質(zhì)量傳感性能與電化學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合，可以現(xiàn)場獲取電極1994一l31收稿I1995一Ol一30接受維普資訊http://www.cqvip.com1096分析

6、化學(xué)第23卷上質(zhì)量隨電位變化的信息“，跟蹤電極／溶液界面的各種傳質(zhì)和傳荷過程囝2QcM實驗裝置示意囝Flg-2ExperimentalsetupA．信號發(fā)生器(generator)IB．恒電位儀(potentiostaI)IC．計算機(jī)系境(computer)ID．打印機(jī)(printer)IE．振薔線路(oKill~mrcJreuh)}F．冀卑計敦器(fRquencycounter)IG．電化學(xué){電(electrochemlca]cel1)IWE．研究電撮(石英晶體),CE．輔助電楹iRE．叁比電楹(RE，CE，WE=renceelectrod

7、e．couR~relectrodeandworkingelectz'cde-re。pectily)．3EQCM與化學(xué)修飾電極(CME)聯(lián)用在電分析化學(xué)中的應(yīng)用卜一由于Sauerbrey方程是在真空和氣相條件下導(dǎo)出的，自從1964年King。首先利用QCM技術(shù)成功地制成氣體傳感器以來，QCM在環(huán)境中氣體的涮定方面得到了廣的應(yīng)用，但直到80年代它才成功地被應(yīng)用于溶液中．這是因為在溶液中QCM有較大的能量損失，不容易起振．在溶液中的成功應(yīng)用，使得QCM在電分析化學(xué)中獲得了更為廣闊的應(yīng)用前景．為了提高QCM的選擇性，人們利用各種方法對電極表面進(jìn)行修飾

8、，賦予電極預(yù)定的功能，可以有選擇地在這種修飾電極上進(jìn)行所期望的反應(yīng)．3．1環(huán)境中的氣體檢測Guilbault等人用62l的碘化鎘，尿素和甘油的混合物修飾電極對H。S進(jìn)行了涮定，線性范圍是2～25nag／L，涂層壽命為20天{Neuburger。用zn基底測定了mg／L級的HCIlMiura等“利用貴金屬(Pd，Pt，Ir或Pt·h)修飾的壓電晶體靈敏的溫度響應(yīng)特性，制成了壓電溫度傳感器，對易燃?xì)怏w如H，CO和異丁烷等進(jìn)行了涮定wBoufxenar等”用壓電設(shè)備監(jiān)測和控制麻醉氣體，如NzO等l修飾了甲基化p-CD(環(huán)糊精)的QCM被用來檢測鹵代

9、碳?xì)浠衔铩啊?Yan等。利用QCM上的有機(jī)物涂層。選擇性的涮定了N：，HO和硝基苯蒸氣}由于PPy(聚吡咯)涂層的QCM暴露于NH，，HS和各種有機(jī)蒸氣中頻率會降