声表面波气体传感器

在化学研究领域,声表面波器件得到了越来越多的注目.声表面波延迟线振荡器的振荡频率对沉积在其表面的薄膜层非常敏感,选择适当的气体吸附材料涂覆在器件的表面,声表面波延迟线振荡器就可用于制成十分敏感的气体传感器。当涂覆层性能优良时,传感器可检测出浓度为0.01—0.1ppm水平的特定气体成份。     

石英晶体微天平传感的酶联免疫分析法测定免疫球蛋白IgM

结合酶联免疫分析技术与石英晶体微天平检测技术,发展了一种基于石英晶体微天平传感的免疫传感器用于测定血液中免疫球蛋白IgM的量.羊抗人IgM抗血清通过氨基硅烷化共键固定在石英晶体表面上,采用竞争吸附免疫分析法,以辣根过氧化物酶(HRP)标记的IgM作标记物,N-四甲联苯胺(TMB)和H2O2作酶的底物.结合在石英晶体微天平上的酶标记物催化TMB氧化形成沉淀,使石英晶体微天平的振荡频率发生改变,据此测定标记物HRP-IgM和IgM的量.实验优化了分析条件下,对IgM的检测范围为0.03μg/mL to 7μg/mL,它具有仪器简单、操作方便、灵敏度高等优点.     

新型石英晶体微天平分子键裂免疫传感器的研制

基于谐振调幅电压激励石英晶体微天平设计了一种分子键裂型生物传感系统.该传感系统通过Arduino控制数字信号发生器DDS 9854产生正弦波以激励9.98 MHz压电石英晶体.采用了自主振荡电路法和被动激励振荡法,在低振幅(2V)下以谐振电路法测定晶体谐振频率,通过高速继电器切换到被动调幅激励电路中,经数控放大器调节不同激励电压实现谐振调幅,增大石英晶体表面的剪切动量,从而实现分子键裂.随着调幅电压的升高,晶体表面物质的动量增加,导致分子键断裂,通过谐振电路频率和调幅电压值在数分钟内可得到晶体表面物质结合强度的信息.将传感系统应用于A型金黄色葡萄球菌细胞壁蛋白(蛋白质A)和免疫球蛋白IgG体系,在调幅电压激励下会抑制二者的结合.同时,在不同激励电压下可区分蛋白质A与IgG的结合强度.     

基于乙酸气体传感器的海洛因快速测定方法

研究并制作了石英晶体(谐振式)乙酸气体传感器。这种传感器利用晶体表面活性酶吸附乙酸气体引起石英晶体振荡频率的变化实现对海洛因分子的快速检测。实验结果表明:乙酸激酶(aceticacidki nase简称AK)膜石英晶体传感器对乙酸气体的灵敏度为10-4;而乙酰辅酶A(acetyl-COA)合成酶膜及聚赖氨酸膜石英晶体传感器对乙酸气体的灵敏度为10-5。     

煤表面对多种气体分子混合吸附的微观机理

应用量子化学密度泛函理论,在6-311 g水平上对建立的吸附模型进行全优化.结果表明,煤的表面能够与多组分气体发生混合吸附.煤表面吸附氧、氮和二氧化碳分子组成的吸附态中,氧分子和氮分子在煤表面的侧链吸附,CO2则在苯环的上方.煤表面氨基上的C原子和N原子的电子向氧分子中的氧原子转移.煤表面吸附了二氧化碳和氮分子,氧分子所得的电子减少,表明如果煤表面吸附其它种类分子,则削弱了吸附氧的作用.吸附后O2的频率变化较大,N2和CO2的频率变化很小.煤表面与矿井采空区各种气体发生吸附时的亲和顺序为:氧气>水>二氧化碳>氮气>一氧化碳>甲烷.     

石英晶体微天平监测混合表面活性剂的吸附过程

利用液隔电极式石英晶体微天平实时监测了阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂及其混合物在石英表面吸附过程中的质量变化,结果表明:混合表面活性剂体系的吸附平衡常数和吸附量较纯组分有明显的增加,但吸附速率有所下降。混合表面活性剂之间存在协调吸附机理,在低浓度区间尤为显著。     

硅酸镧镓晶体微天平测定石蜡膜的吸附特性

硅酸镧镓晶体微天平(LCM)是以硅酸镧镓晶体为压电材料研制的新型压电式传感器,对表面质量负载变化有灵敏的频率响应。在LCM表面浇铸石蜡薄膜,实时监测十二烷基苯磺酸钠在石蜡膜表面吸附过程中的质量变化,结果表明:其吸附过程呈现可逆吸附特征,并可以用Langmu ir等温线和动力学模型进行回归分析,获得吸附/脱附速率常数、平衡常数、饱和吸附量等参数,并讨论了盐浓度的影响。     

化学量传感器——第五讲 生物传感器 六 其它类型生物传感器

<正> 生物传感器的类型随着研究工作的不断进展在不断增多。由于本讲座的篇幅和性质所限,我们不能对它们逐一详细介绍,为此,本文将以前已分别论述的各类生物传感器之外的其它类型生物传感器综合一起,分别做简单介绍。(一)压电晶体(PZ)传感器1 概述 当压电晶体表面上加有一定量的物质后,压电晶体的振荡频率将发生改变。常用     

基于声表面波技术探测微量气体的理论分析

声表面波延迟线振荡器的频率对沉积在延迟线表面上的薄膜很敏感,在延迟线路径上覆盖一层具有选择性的吸附薄膜,这层薄膜吸附对其敏感的气体物质后,其质量密度、弹性参数、介电常数、电导率都将发生变化。给出了传感器的理论分析,根据检测需要,设计最优化的气体传感器。     

HF在Cu(100)和SiO2(100)晶面吸附的蒙特卡罗模拟

HF 同固体表面的相互作用,在腐蚀、催化和电化学等领域都有重要的意义.为了研究在低温低压条件下,HF 在 Cu 和 SiO2晶体表面的吸附情况,本文采用巨正则蒙特卡罗(GCMC)模拟法,计算模拟 HF 在 Cu(100)和SiO2(100)晶体表面的吸附行为.结果表明:本文所模拟的属于物理吸附.在 150 K、46.62 Pa 以上时,HF 可以在 Cu 晶体表面上发生吸附,如压力降低,则吸附大大降低,在 100 K 以下、1 Pa 以上时,均能发生吸附.在相同条件下,HF 与SiO2 比与 Cu 晶面的吸附能力强,且更易发生物理吸附,在 150 K 以下,1 Pa 以上时,HF均可与SiO2晶面发生吸附.本文的结果为在低温低压下 HF 与 Cu 和SiO2 晶体表面的吸附实验提供一定的理论指导.     

微小尺度射流流量传感器的设计与仿真分析

在许多新型传感器和微系统中均存在微量流体自动、精确地驱动和控制问题,而这有赖于微小尺度下对流量的精确测量。基于射流振荡原理设计了一种新型的无反馈通道微小尺度流量传感器,采用计算流体动力学(CFD)方法对该流量传感器的测量特性进行了仿真研究。通过观测振荡腔内部流场,分析了振荡器内部流动形态和射流振荡过程。通过对监测点压力变化曲线的分析,获得了不同入口速度下流体振荡频率,建立了流体流速与振荡频率的函数关系。研究结果表明,该微小尺度射流振荡器振荡平稳,主射流切换灵活,在较宽的流速范围内,流速与振荡频率具有线性关系,具有0.3%的较低的相对压力损失并可达到较小的测量下限,易于加工成型。     

甲烷气体对煤吸附二氧化碳气体的影响研究

煤炭自燃是煤矿的主要灾害之一。不仅烧毁宝贵资源,还严重危害井下工作人员的安全与健康。CO₂气体灭火可以应用于矿井的防灭火工作。煤矿井下的气体是多种气体的混合物,煤对很多种气体具有吸附特性。运用量子化学理论高斯03软件包对二氧化碳气体在煤表面吸附时,甲烷气体对其吸附能力的影响进行研究。结果表明,当煤表面分别吸附1个和2个CO₂分子时,有1个CH₄分子存在会促进煤表面吸附CO₂分子。但当CO₂分子的个数大于2个时,有1个CH₄分子存在就会抑制煤表面吸附CO₂分子。因此,CH₄分子对煤表面吸附CO₂分子是有影响的。甲烷气体的含量能够影响煤对二氧化碳气体的吸附。     

基于分子模拟方法选择推进剂键合剂的研究

为从界面吸附以探讨含有奥克托金(HMX)和铝粉的固体推进剂的键合剂,采用Material Studio软件Discover模块和COMPASS力场,在不同温度条件下,分别模拟常用的三(-2甲基氮丙啶-1)氧化磷(MAPO)和三乙醇胺(TEA)键合剂在HMX晶体表面和铝粉(Al2O3)表面的吸附后发现:(1)MAPO和TEA在Al2O3表面的吸附能远大于在HMX晶体表面的吸附能;(2)TEA对HMX晶体表面的吸附能高于MAPO,可以判定在该体系下TEA作为HMX键合剂效果优于MAPO,数值模拟结果同实验摹本吻合;(3)数值模拟结果表明,随着温度升高,界面吸附能力先增后减.     

ZnO纳米棒修饰的QCM气体传感器检测NH_3研究

主要介绍了ZnO纳米棒修饰的石英晶体微天平(QCM)气体传感器的制备与测试。采用两步法在石英晶振片表面制备直径为100 nm的ZnO纳米棒敏感膜,构成QCM NH3传感器。检测系统为自主研发的基于LabVIEW平台的QCM气体传感器频率测试软件。检测NH3的体积分数为5×10-6~50×10-6,响应时间均在10 s以内,最大频差值为10.9 Hz,响应最大频差值与NH3体积分数呈现良好的线性关系。室温条件下,ZnO纳米棒敏感膜可以完全实现吸附解吸过程,具有可逆性。该传感器性能稳定,响应灵敏,具有重复性。     

还原性气体对SnO_2表面势垒的影响

建立了SnO_2表面势垒与表面氧化—还原过程的定量关系,其中考虑了氧的O~-形式吸附和还原性气体的电离吸附。其结果表明,还原性气体的电离是SnO_2表面化学物理过程的关键步骤之一。     

压电化学与生物传感

在国家自然科学基金的资助下,我们在压电化学与生物传感领域中进行了深入探讨,在理论研究和传感器开发上取得了关键性突破。1、针对学术界普遍认为压电晶体只能用于气相或真空条件下的状况,开拓出压电液相振荡化学传感新领域,是80年代国际上首先在此领域实现突破,使压电晶体在液相介质中稳定振荡并成功地用于化学测定的极少数研究集体之一。开展了系统研究。(1)找出了在液相实现振荡的关键条件与改善振频性能的有效途径。(2)提出了完整的压电晶体液相振荡性能定量关系式,并从高频振荡电路与晶振理论给出了证明。(3)解决了国外学者关于电路参数对频率性能有相反影响与金属自发沉积等难题,使压电传感器能顺利地用于液相微量组分的测定。(4)创立了10个系列全新微量与痕量分析和生物传感方法。     

石英晶体微天平实时监测亲和素对低密度脂蛋白的吸附

利用石英晶体微天平(QCM)实时监测低密度脂蛋白(LDL)在亲和素(Avid in)上的吸附,并探讨二者的作用机理。实验结果表明:Avid in与LDL之间的相互作用方式主要是静电吸附,即中性环境下带正电的Avid in可与LDL分子表面的带负电的磷脂分子发生静电吸引,当LDL浓度为0.049 5 g/L时,最大吸附量达到3.54×10-7g/cm2,吸附率为59.68%,NaC l溶液的洗脱效果达到了86%。研究证实:Avid in具有较大的吸附量和较高的吸附率,有望作为新型吸附LDL的吸附剂配基。     

纳米TiO2修饰石英晶体微天平测定水样中痕量Pb(Ⅱ)

采用石英晶体微天平技术研究了纳米TiO2涂层对Pb(Ⅱ)的吸附行为,探讨了溶液pH值、TiO2涂层厚度、Pb(Ⅱ)浓度等对吸附过程的影响,在2.04×10-6～5.20×10-8mol/L浓度范围内,石英晶体微天平的频率变化值与Pb(Ⅱ)的浓度呈很好的线性关系,相关系数为0.9986,检测限为6.85×10-8mol/L.该方法与传统的Pb(Ⅱ)检测方法相比较操作简便、灵敏度高、所需仪器设备简单.用于实际水样测定,结果令人满意.     

基于分子筛薄膜探测神经类毒气的传感器研究

采用ZSM-5分子筛材料对神经类毒剂沙林的相似物甲基磷酸二甲脂(DMMP)气体进行了测试。分子筛材料因为具有选择性吸附分子的能力常被用来作为气体敏感材料,但因为其神经类气体极性较强,被吸附后难于解吸附,因此,分子筛材料很少用于检测神经类气体。利用合成的ZSM-5纳米分子筛作为吸附神经类气体DMMP的敏感材料,将其涂布在2个石英晶体微天平(QCM)上进行差频测试,以减小外界的干扰,并提出了用交变电场进行极性分子解吸附的新方法。DMMP气体的探测最小体积分数达到1×10-6,响应时间和解吸附时间分别小于20 s和90 s。     

基于高通量计算平台的晶体表面切割设计与实现

在进行晶体表面性质的理论研究时,周期性薄膜 (slab) 结构模型用在基于密度泛函理论的第一性原理计算中,用来模拟表面体系结构。本文详细描述了如何从一个晶体结构切割出指定晶面的周期性薄膜结构模型的算法,特别的,该算法能够为所切表面指定裸露原子。MatCloud 材料计算平台是一个国内自主研发的高通量材料计算平台,基于 MatCloud 平台,我们开发了晶体表面切割模块,实现了对晶体的低密勒指数表面建模。并将该模块与高通量表面吸附模块进行集成,为自动寻找所有可能的表面活性位点,以及不同吸附位点的晶体结构的高通量筛选和性质计算提供了初始模型。