压电石英晶体低阻抗非接触式离子检测系统的研究

研究基于压电石英晶体的低阻抗非接触式离子检测器的测定原理和分析方法，该检测原理目前在国际上还未见他人文献报道，其核心创新之处是以压电石英晶体的感抗湮灭非接触式电极的容抗，当压电石英晶体与非接触式电极所构成的检测系统产生谐振时，整个检测回路的阻抗虚部为零，因此大幅度降低非接触式电导离子检测器的阻抗，可望突破常规非接触式检测器因非接触传感电极阻抗高和电极之间泄漏电流大而导致的检测灵敏度低、检测池进一步微型化困难的技术瓶颈。在相同条件下，本方法的灵敏度较常规非接触式电导检测法的灵敏度提高20-100倍，且检测系统结构简单，可实现微型化，应用前景良好，可望应用于微流控芯片等微通道中离子组分及其空间分布的检测及分析。本项目旨在开展这种新型检测原理的理论与应用研究，借助于等效电路模拟及阻抗分析、超微电极等手段，研究该检测器与分离通道之间的相互作用机理，建立检测器的响应理论模型与测定方法。

本项目基于阻抗湮灭原理，将电容耦合非接触电导检测器(C4D)与压电石英晶体谐振器联用，在谐振条件下,C4D中管壁电容的容抗与压电石英晶体的等效感抗相互抵消，从而显著降低了检测池的总阻抗，研制了低阻抗型非接触电导(LIC4D)离子检测系统。主要研究工作包括：1) 采用阻抗分析法研究了C4D的响应特性，测定了C4D的等效电路参数，并建立了一种基于谐振原理的C4D等效电路测量方法；2）研究了LIC4D的响应原理与特性，搭建了适用于毛细管整体柱条件的非接触电导检测器及其离子色谱系统，结果表明LIC4D的响应灵敏度较C4D提高5-20倍，采用所设计的柱端差分测量系统，检测灵敏度进一步提高；3）采用移动式LIC4D探测微通道内的导电性空间分布特性，可以传感检测界面结构扰动弛豫动力性过程；4）基于液相压电传感器在强纵波反射条件下的谐振峰分裂现象，研制出高灵敏的压电液体密度传感器；5）以压电石英晶体传感器实时检测了化学沉积Ni-P过程中与施镀有关的除油、表面粗化、化学镀以及薄膜腐蚀等过程中的质量变化，研究了粗化剂，盐和表面活性剂的浓度和温度对石英晶体腐蚀速率的影响。6）基于纳米金-胸腺嘧啶-汞离子的相互作用，使纳米金的吸收光谱发生变化，可视化测定汞离子；7) 纳米材料化学修饰电极溶出伏安法测定痕量重金属离子。这些工作有助于完善压电传感理论，开拓压电传感器新的应用领域。本项目的研究成果已经在Talanta、Analyst、Sensors Actuators B、Analytical Methods 、Micro and Nano Letters、 Chinese Chemistry Letters、分析化学等SCI期刊上发表论文11篇，另外在环境化学、环境科学与技术、分析试验室等学术期刊上发表论文6篇，授权国家发明专利1项，研制离子色谱、毛细管电泳仪器装置2套。