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QCM甲醛传感器的有机敏感薄膜研究

魏传宇  
【摘要】:作为一种很有发展前途的传感器件,压电体声波传感器具有高灵敏度、宽响应谱、价格低廉、操作简单及实时输出等优点,尤其是基于质量效应构制的石英晶体微天平具有很高的质量响应灵敏度,特别适合生物分子的测定而广泛用于临床化学,药物分析,环境质量等诸多领域。而在石英晶体微天平传感器的构制中,选择合适的化学薄膜及相应的修饰技术一直是人们的研究热点。如何有效、简单、方便、快捷地进行敏感膜的修饰是在构制石英晶体微天平传感器时首先要考虑的问题。 本文针对人们关注的甲醛气体检测问题,以压电石英晶体为传感器件,从对甲醛气体敏感的膜材料的选择出发,研究了多种类型的有机敏感膜的性质,成功地进行了有机薄膜材料在压电石英晶体表面的修饰。 为选择恰当的有机敏感薄膜,本文应用分子动力学理论对压电传感器表面发生的分子反应进行了初步探讨,对甲醛分子在有机敏感膜表面上的吸附及其亲核加成反应进行了分子级的计算机模拟研究;提出了甲醛分子在有机敏感薄膜上的吸附反应的动力学模型;将计算机模拟的薄膜对甲醛气体进行了测试分析,结果表明二者具有较好的拟合性,验证了所提出的动力学模型。 基于所讨论的多种敏感膜,研制出了酰胺类、有机胺类的水溶液及其混合物与聚丙烯酰胺高分子化合物混合制备联氨化合物作为吸附甲醛气体的膜材料,将该膜涂敷于石英晶振的银电极上,研究了聚丙烯酰胺膜甲醛气体传感器的特性。根据测试结果,该传感器对3~12ppm浓度范围的甲醛气体有较好的响应。


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