电磁无线激励的QCM声学传感器研究

【摘要】石英晶体微天平作为一种高精度的声学传感器,以石英晶体作为换能元件,通过将石英晶体表面微小质量变化转化为频率变化实现纳克级质量检测,具备检测精度高、结构简单、价格低廉等优点。本文从石英晶振的理论分析、检测装置、实验方法方面着手,使用电磁场无线激励与信号接收的方式,结合表面聚合物敏感膜材料实现对溶液pH值和葡萄糖浓度非接触式的检测。在实验室自制的液相环境检测微腔的基础上,设计了一套无线QCM检测系统,通过环形铁磁线圈产生激励电磁场并接收石英晶振的衰减信号。分别在气相环境和液相环境下验证了实验平台的有效性。通过光聚合的方法在石英晶振表面结合甲基丙烯酸羟乙酯聚合物敏感膜,实验结果表明,随着缓冲液pH值的增加,敏感膜材料吸水膨胀,导致石英晶振谐振频率下降,其响应曲线呈s形,在pH为5.0～6.0范围内传感器的响应最敏感,其灵敏度为669Hz/pH,可以实现mpH数量级的测量。当缓冲液的pH值由大变小时,敏感膜由于自身弹性的影响缩水变小,传感器的输出回复到初始值,表现出了良好的重复性。通过在石英晶振表面结合丙烯酰胺丙级硼酸聚合物敏感膜材料制成葡萄糖传感器,考查传感器对不同浓度葡萄糖溶液的响应特性、传感器的复用性,实验结果表明,在0-20mM浓度范围内传感器的谐振频率变化显示出了良好的线性(R2=0.9865),传感器的灵敏度为13.5Hz/mM,检测下限约为2mM,当葡萄糖溶液的浓度大于20mM时,传感器的输出趋于饱和。
【作者】魏宏雨；
【导师】李光；胡瑞芬；
【作者基本信息】浙江大学，控制工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】石英晶体微天平；电磁激励；pH检测；血糖检测；

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