基于poly(HEMA-co-MAA)修饰的WE-QCM-D的pH传感器研究

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pH传感器是化工生产以及医学检测所不可缺少的重要仪器。然而随着对于化工反应控制以及溶液性质分析的要求不断提升,对pH传感器的实时性、灵敏度、响应时间、生物相容性等指标提出了更高的需求。石英晶体微天平(QCM)作为一种新型的谐振式声学传感器,因其工艺技术成熟、灵敏度高、响应快、成本低、稳定性好等特性而被广泛运用在各种指标的高精度检测场景,而无线无电极耗散型石英晶体微天平(WE-QCM-D)作为QCM最新的检测平台,能够实现对表面附着物的微小质量变化、空间结构变化的无接触式的快速、稳定、精确的测量。本文结合了 WE-QCM-D检测平台的优势,在石英晶振表面合成了 poly(HEMA-co-MAA)水凝胶敏感膜,研制了基于poly(HEMA-co-MAA)修饰的WE-QCM-D的pH传感器,对传感器校准曲线、重复性和响应时间等性能参数进行了测试。在此基础上,对敏感膜的配方加以优化与分析,并同步获取了晶振振荡幅值和频移响应。优化后的pH传感器的动态响应区间为4.0~7.0;幅值响应在酸度系数(pKa)附近的响应灵敏度为1.47V/pH,频率响应在pKa附近的灵敏度为5548.99Hz/pH。传感器的响应时间为80s,与该膜在光学全息光栅装置上的应用相比,性能指标得到改善。此外,为了测试该膜在黏度较大的液相环境中能否正常使用,将该pH传感器用于人工尿液中的pH检测;分别以幅值和频率为指标,其响应结果与pH计测量值比较后的相对误差分别为0.88%和0.36%。人工尿液的pH测试验证了该传感器的选择性,以及溶液黏性对传感器性能的影响。
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