电化学石英晶体微天平技术在导电聚合物研究中的应用综述

导电聚合物作为一类具有高导电性和良好电化学性能的聚合物材料,被广泛应用于传感器、电池、柔性电子等领域。电化学石英晶体微天平(EQCM)是一种灵敏度可达纳克级别的、能提供电化学反应过程中原位质量变化信息的检测技术,具有高灵敏度、高分辨率的优点,已成为研究导电聚合物的有力工具。本文综述了近年来EQCM技术在导电聚合物领域的应用研究,包括聚合物膜的合成机理研究、离子交换和质量传递机制分析以及在能量转换与存储方面的应用。这些研究有望为深入理解导电聚合物的电化学行为和性能调控提供技术支持和借鉴。

电容对石英晶体微天平质量灵敏度影响分析

为探究振荡电路中电容对石英晶体微天平质量灵敏度的影响,提出了振荡电路的等效电路模型阻抗分析方法。首先,建立等效电路模型,分析阻抗与频率关系,揭示了电容容值与其质量灵敏度对应关系;其次,进行多物理场耦合仿真实验,探究了电容容值对其质量灵敏度的影响规律;最后,搭建实验系统平台,开展了质量灵敏度实验。结果表明,并联电容对其质量灵敏度影响较小;串联1.01 pF电容其质量灵敏度提升8.01×10^(-2)Hz/ng,串联15.84 pF电容其质量灵敏度提升1.49×10^(-2)Hz/ng。该结论有助于更好地理解电容对石英晶体微天平质量灵敏度影响,为该类传感器便携化、微型化设计提供有力支持。

电化学石英晶体微天平的近期应用进展

本文对近几年来电化学石英晶体微天平 (EQCM)在吸附、膜的形成、腐蚀和电沉积等方面的应用进行了概述 。

一种基于石英晶体微天平倍频相移信号的呼吸频率监测系统

对人体呼吸频率实时连续的监测具有重要的医学诊断价值,本研究以基频10 MHz压电石英晶体为呼吸监测传感元件,采用直接数字频率合成器(DDS)合成频率源在5倍频下激励压电石英体,实时连续测定呼吸气流下的压电石英晶体相移变化信号。由于高倍频下压电石英体对表面水分子吸附聚集过程具有高灵敏的质量响应,因此石英体表面不需厚膜修饰,直接采用金属电极(银电极)的石英体,成功实现了对呼吸频率的连续监测。与传统的频移法相比,该方法信号采样速度快,可低至0.05 s/点,无论对慢呼吸还是急促呼吸都可以实现准确监测。石英晶体微天平相移呼吸检测系统不仅能够满足连续呼吸监测的要求,还可以为人体呼吸监测提供呼吸频率、呼吸强弱,呼吸紊乱度等呼吸特征信息。

采用电化学石英晶体微天平研究碳酸钙垢生长规律及阻垢剂的影响

为深入分析碳酸钙垢生长规律和阻垢剂对垢生长动力学的影响,使用电化学石英晶体微天平(EQCM)快速测垢的方法研究了施加的恒电压、温度、Ca^(2+)浓度对碳酸钙(CaCO_3)结垢的影响,评价了羟基乙叉二膦酸(HEDP)、膦酰基羧酸(POCA)和氨基三甲叉膦酸(ATMP)3种阻垢剂的阻垢性能,并对结垢过程进行了分段线性拟合。结果表明,随电压、温度和Ca^(2+)浓度的增大,CaCO_3结垢速率增大,其中电压的影响最大;在50℃时,结垢量随阻垢剂浓度的增加而降低;HEDP的最佳加量为5数10 mg/L,POCA和ATMP的较优加量为20 mg/L;在阻垢剂加量为10 mg/L的条件下,CaCO_3结垢过程中的结垢量—时间曲线出现3个阶段:结垢阶段、阻垢剂的扩散和不稳定作用阶段、阻垢剂稳定作用阶段;通过数据拟合得到反映两个稳定沉积过程的线性动力学方程,以斜率k值表征其结垢动力学参数,按加入阻垢剂前后的k值之差与未加入阻垢剂k值的比值计算POCA、HEDP和ATMP的阻垢效率分别为98.50%、93.86%和97.23%,扩散时间分别为1021、622和537 s,ATMP的阻垢效果最好。

新型耗散型电化学石英晶体微天平的研制

针对目前商品化的石英晶体微天平(Quartz crystal microbalance,QCM)仪器存在的功能单一、耗材昂贵等问题,基于正交解调法阻抗分析原理,本研究搭建了新型QCM仪器系统。在此仪器系统中,通过嵌入式软件和硬件电路的深度结合,实现了较宽的频率范围内石英晶体谐振频率自动匹配和精确测量,并引入了电容补偿电路对石英晶体谐振片的静态电容进行实时补偿,从而消除了较高弹性负载情况下谐振频率的测量误差。通过对不同粘弹性负载环境、连续小质量负载添加、电化学联用测试等多个实验对所搭建仪器的功能和性能进行了验证和测试。实验结果表明,研制的QCM仪器系统适用的石英晶体频率范围较宽,可对石英晶体谐振片的静态电容进行自动补偿,频率测量精度可达0.1 Hz,并且能够实时、连续地测量耗散因子,能与多种电化学方法联用,具有功能丰富、耗材成本低等优点。

电化学石英晶体微天平及其应用

本文介绍了EQCM的原理及其应用,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在气味检测、金属电沉积、药物分析等方面研究的优点和EQCM的发展前景.

鸟嘌呤、鸟苷、鸟苷酸的电化学石英晶体微天平研究

利用电化学石英晶体微天平 ( EQCM)研究了鸟嘌呤、鸟苷和鸟苷酸在金电极上的电化学行为 .结果表明 ,三种生物活性分子均能在 1 .1 V电位被氧化 ,对应于它们所含的共同基团嘌呤环中 C N键的氧化 ,根据氧化反应电量和质量的变化 ,求得电子转移数为 4 .氧化电流的大小次序为鸟苷酸 >鸟苷 >鸟嘌呤 ,这可能与三者在电极上的吸附量不同有关 .

电化学石英晶体微天平应用研究和背景扣除

基于用循环伏安法研究非理想可逆体系时,电极本身的氧化峰电量与还原峰电量存在一比值。据此建立了一种用于电化学石英晶体微天平应用研究的背景扣除新方法。用这种方法研究了腺嘌呤、腺苷、腺苷一磷酸在金电极上的电化学氧化行为。结果表明:3种活性分子均能在1.2V左右氧化,对应的氧化电流大小顺序为:腺嘌呤>腺苷>腺苷一磷酸,氧化过程的电子转移数为6。

自组装膜上细胞色素c的电化学石英晶体微天平实时表征和定量检测

采用电化学石英晶体微天平(EQCM)实时表征和定量检测细胞色素c(Cytc).在压电石英晶振表面上自组装巯基十一酸(MUA)单层膜,以盐酸1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)活化羧基,将Cytc共价固化到电极表面.EQCM实时监测了MUA的自组装和Cytc的固化过程,测定了二者在电极表面的覆盖度和Cytc的固化量.结果表明,Cytc在0.03～3.00μmol/L浓度范围内呈线性变化,检测限可达到1.19×10-9mol/L.

电化学石英晶体微天平实时表征和定量检测短序列DNA

利用电化学石英晶体微天平(EQCM)这一灵敏的质量和电化学传感器测定特定序列DNA.应用自组装膜技术在压电石英晶振表面自组装一带羧基的α-硫辛酸单层膜,通过盐酸1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC)及N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)共价固化寡聚核苷酸为探针,用于测定与其碱基序列互补的DNA.实验中EQCM实时监测了a-硫辛酸的自组装过程、探针固化过程及其与cDNA杂交过程.定量得出了探针固化量及cDNA杂交量.在酸性、中性和碱性条件下,分别对固化和杂交过程进行表征,实验发现探针固化及DNA杂交都受pH影响,本文对此现象进行了解释.同时,利用染料Hoechst 33258的电化学活性,使其与双链DNA嵌合,通过测定Hoeckt33258的电化学信息进一步验证了DNA杂交关键步骤.

电化学石英晶体微天平研究普鲁士蓝修饰电极

石英晶体徽天平(Quartz Crystal Microbalance,简称QCM)是一种非常灵敏的质量传感器,其检测能力可达ng级。QCM在化学中的早期应用是检测大气中的徽量成分,目前仍较活跃。由于石英压电晶体浸入溶液后在晶体/溶液界面存在较大的能量损失而不能够稳定振荡,致使QCM的应用较长时间局限于气相。八十年代初石英压电晶体在液相中的振荡终获成功,开辟了QCM应用的一个全新领域。液相中振荡成功后,QCM很快应用于电化学研究。目前已发展成为一种全新的电化学传感器——电化学石英晶体微天平(EQCM),并已用于金属电沉积、电化学腐蚀、电分析等方面的研究。

电化学和石英晶体微天平研究2-巯基苯并咪唑的电化学氧化反应

应用循环伏安研究了水相中２－巯基苯并咪唑的电化学氧化过程，考察了ｐＨ值、浓度等的影响，并应用电化学石英晶体微天平（ＥＱＣＭ）监测了此氧化成膜的过程。结果表明此反应为一电子过程。结合表面光电子能谱（ＸＰＳ）对此氧化膜进行了初步表征。

一种简易的电化学石英晶体微天平自动记录电路

介绍了一种简易的电化学石英晶体微天平（EQCM）自动记录电路,可利用常用的X—Y记录仪,在原位条件下同时记录电极上的质量变化和电信号变化。用铜的恒电流电沉积验证了EQCM的质量灵敏度,结果符合Sauerbrey方程。仪器已初步用于镍电极对1,4-丁炔二醇吸附的观察。

电化学石英晶体微天平(EQCM)原理及应用中的几个问题

简要介绍了电化学石英晶体微天平 (EQCM ,electrochemi calquartzcrystalmicrobalance)的工作原理 ,并针对其在应用中经常遇到的几个问题进行了深入讨论。比较起单纯的电化学分析方法 ,EQCM系统中QCM元件与溶液接触的电极同时充当了电化学体系的工作电极及石英晶体振荡器的电极两个角色 ,从而在进行电化学实验的过程中 ,可同时得到氧化 /还原电流及QCM频率两个参量。通过对这两个参量的综合分析 ,可更好地对电化学过程中的各种离子 /分子在电极表面行为进行分析。由于EQCM同时利用了电化学检测的高灵敏度及QCM的可实时检测表面质量及阻尼的特点 ,在生物化学量的检测中具有非常好的应用前景。

压电石英晶体传感器在电化学研究中的应用—电化学石英晶体微天平

压电石英晶体(PQC)早期主要用于气相中微量组分测定,其中包括已商品化的水份测定仪等。这些工作大都与King及Gutilbault为首的研究小组有关。现今压电晶体用于气相传感仍是热门课题之一。长期以来,人们一直认为压电石英晶体插入液相介质后,因晶体/溶液界面存在较大的能量损失而难以稳定振荡,未能实现液相中压电晶体的现场传感。直到本世纪八十年代,单面触液和双面触液式压电晶体液相稳定振荡先后获得成功。

电化学石英晶体微天平研究电沉积镍

为研究不同温度和pH值对电还原硫酸镍过程的影响,优化电沉积镍的条件,采用石英晶体微天平结合电化学工作站循环扫描方法,通过改变pH、沉积液温度等不同条件,研究镍的电沉积速率的变化规律。电极表面频率的下降速率和扫描电镜结果显示,缓冲系有利于晶粒细化,温度升高使得电沉积镍的沉积速率增大。

电化学石英晶体微天平研究磷酸钙盐的快速电沉积过程

利用电化学石英晶体微天平(EQCM)技术,研究了磷酸钙盐在0.01 mol·L^(-1) Ca(NO_3)_2+0.006 mol·L^(-1)NH_4H_2PO_4溶液中的电沉积行为。从正电位往负极扫时,频率在1.1 V开始下降,达到磷酸钙盐沉积的p H值;而往上述溶液中加入少量的对苯醌、0.2 V时,频率开始下降。表明对苯醌改变了溶液中电子传递的路径,使得沉积电位升高,从而减少了氢气的析出,即增大了沉积的磷酸钙盐量,也提高了致密度和稳定性。

电化学石英晶体微天平研究重氮盐的电还原过程

采用压电电化学石英晶体微天平(EQCM)技术研究了硫酸重氮盐在裸金电极(Au)和多壁碳纳米管(MWCNTs)修饰金电极上的电还原行为,比较了2种电极上电沉积质量和稳定性。结果表明,相同循环伏安扫描条件下,重氮盐在金电极和MWCNTs/Au电极上的工作曲线还原峰电位相同,后者的初始峰电流低于前者,QCM数据显示重氮盐在MWCNTs/Au电极上沉积速度优于金电极,饱和沉积量是金电极上的3倍,表明碳纳米管催化了还原过程并增大了电极的表面积;在磷酸中性缓冲溶液中浸泡7 d后,重氮盐修饰后的MWCNTs/Au电极表面质量变化比金电极小0.28ng,表明修饰后的MWCNTs/Au电极略稳定。

基于石英晶体微天平的油液铁离子检测技术研究

针对发动机油液离子检测方法中存在设备昂贵、过程复杂且经济性不佳等问题,提出一种基于石英晶体微天平(QCM)检测油液中铁离子含量的方法。利用QCM谐振频率和晶体表面负载质量的线性关系,以及大孔螯合型树脂对铁离子的选择性吸附能力,实现了检测不同含量的铁离子油液。实验结果表明:该方法具有高精度、高稳定性和高准确性,理论值与实际值误差小于4.8%。