现代分析测试技术

现代分析测试技术课程论文题目：石英晶体微天平的应用与进展院系专业姓名学号：1309210026石英晶体微天平的应用与进展摘要简要介绍了石英晶体微天平(QCM)技术的基本原理，石英微天平被广泛应用于化学、物理和生物领域。在分析了石英微天平的优缺点后，综述了石英微天平当前的的研究状况，对石英微天平的发展趋势进行了展望。关键词：石英晶体微天平应用研究现状一基本原理与结构1880年居里兄弟发现了晶体的压电效应。在石英晶片上加一电场，晶片会产生机械变形；反之，若在晶片上施加机械压力，则在晶片相应的方向上产生一定的电场。如果所加电场是交变电场，则晶体会产生机械振荡。当振荡的频率与晶体的固有频率一致时，便产生共振，此时振荡最稳定，其振荡频率即晶体的固有频率。QCM就是根据这种原理设计的。QCM主要由石英晶体传感器(换能器)、传感器接口电路(主要振荡检测电路)、信号检测与数据处理(核心是微处理器或微控制器)等部分组成，基本组成结构如图1所示。二QCM的研究进展QCM已被应用于诸多领域，从生物传感器、细胞检测、临床分析、食品工业到药物分析。QCM免疫传感器还用来筛选抗菌素库和测定抗体亲和力[4]。随着纳米材料与纳米技术的发展，利用QCM技术研究纳米材料也已引起了广泛的关注。下面着重介绍一下QCM在各行业中的应用。2.1在生物医学中的应用HookF等人研究了各种DNA杂交，用户已知哪些DNA是完全互补的，哪些是单错配的，然后在QCM—D上能检测出2种类型DNA在耗散方面的差别。得出结论完全互补的结构耗散更大一点，证明结构更伸展；单错配的耗散较小，且有一定的可逆性[1]。YangRuiguo等人使用了刺激表皮生长因子(EGF)的人体表皮样癌A431细胞作为一个模型系统。首次使用AFM显示活A431细胞的结构，同时分析动态弹性变化。由QCM—D实时监控A431细胞的粘弹性变化、散热情况和频率变化。通过原子力显微镜(AFM)和QCM—D实验分析得到的力学性能测量进行比较。可以得到定量结果，并从理论上获得材料的动态弹性[2]。刘宪华、赵勇等人先使用硫辛酸修饰石英晶体表面，形成自组装单分子膜，实验通过记录传感器的频率变化反映被测HSA样品的浓度大小。通过对硫辛酸自组装单层膜的电化学检测验证了硫辛酸形成的自组装膜能够满足尿微量白蛋白的测定[3]。2.2QCM技术在食品工业中的应用肉类新鲜度检测，长久以来在肉类食品的屠宰、加工和流通的过程中极其容易受到外界微生物、细菌的污染，同时在食物蛋白酶的作用下产生腐败和变质。由于微生物的作用，受到腐败影响的肉类食品中产生了大量的有害物质。所以对肉类食品中类似的有害物质进行检测是非常有必要的工作。在腐败肉类食品中，三甲胺是一种具有代表性的有害物质，同时其具有挥发性，通过检测肉类食品中三甲胺的含量对评估肉类食品的新鲜程度和质量具有重要意义。普遍存在仪器笨重、样品测试周期等缺点。所以选择一种可靠的、准确的、及时的气敏传感器成为解决此类检测问题的关键。研究发现，导电聚合物可以在常温下工作，同时可以通过掺人一定的物质来改善其选择性，所以此类物质被广泛的运用于气敏传感器的领域中。同时，QCM具有对质量变化极其敏感，性能稳定可靠的特性，其在传感器中的应用也越来越广泛。三结论及展望QCM已经从一个单纯的质量传感器发展成为一种能够在化学分析和生物分析领域广泛应用的多功能工具。它不仅能够提供物质间相互结合的表观信息，更重要的是能够揭示出实际的过程。因其自身优越的特性，已被应用于环境监测、生物传感器、临床分析、药物分析以及食品工业等领域。随着各项新技术、新工艺的发展，QCM的高灵敏度、高通量、阵列化、自动化必将成为未来的发展方向，这些都将有助于QCM技术在食品工业的分析领域及筛选等方面的应用。此外，QCM技术与其他技术的互相结合也会拓宽它的应用领域，比如表面等离子共振，原子粒显微镜等，这也是未来分析科学向实时监测方向发展的趋势，并将为QCM在上述领域中研究生物分子间的相互作用提供更加可靠的信息。参考文献：[1]HookF，RayA，NordenB．CharacterizationofPNAandDNAim—mobilizationandsubsequenthybridizationwithDNAusingaeons—tic-shea—waveattenuationmeasurements[J]．Langmuir，2001，17：8305—8312．[2]YangRuiguo，XiNing．Comparativestudiesofatomicforcemi—croscopy(AFM)andquartzcrystalmierobalancewithdissipation(QCM—D)forreal-timeidentidentificationofsignalingpath—way[c]∥lOthIEEEInteratiomalConferenceonNanotechnologyJointSymposium，2010：1016--1020．[3]刘宪华，赵勇，张林．动态QCM生物传感器检测尿微量白蛋白及过程分析[J]．天津大学学报，2012，45(7)：604-608．[4]LordMS,ModinC，FossM，eta1．Extraeellularmatrixremodelingduringcelladhesionmonitoredbythequartzcrystalmicrobalance[J]．Biomaterials，2008，29(17)：2581—2587