磷酸盐缓冲盐水的性能对石英晶体谐振器振动特性的影响

引言

PH缓冲液通常用于生物化学中控制PH和保持蛋白质的稳定性。它们通常是弱酸（碱）及其共轭碱（酸）的水溶液。

石英晶体微平衡(QCM)是一种广为人知的生物传感工具，是利用索尔布雷在1959年提出的著名的质量频移效应开发出来的。当在液体中使用时，QCM的谐振频率受到液体的力学性能（密度和粘度）的影响。事实上，QCM的共振也受到液体的电学特性的影响。

当在液体中使用时，很明显，QCM的谐振基频受到液体的电学特性的影响。在实际的生物传感器应用中，谐波频率的稳定性比液体引起的相对频移更重要。然而，到目前为止，还没有关于缓冲溶液对QCM谐振器振荡特性的影响的详细报道。在本研究中，我们通过使用高频QCM芯片和一种常见的PB溶液，在不同的pH值、浓度和添加的盐含量下，实验研究了这些效应。

实验测量方法

通过测量石英晶体谐振器的导纳率，评价了PB溶液对谐振特性的影响。根据我们之前的报告，我们建立了一个流动注入系统来引入PB溶液。（20）基于流量注射的测量系统由注射泵、注射器、定制的流量单元和阻抗分析仪(安捷伦4294A)组成。将蒸馏的纯水装入注射泵，通过注射器引入可变PB溶液。QCM芯片被放置在流电池中，两个激发电极连接到阻抗分析仪。在最大电导率下记录了谐波频率。并记录了Q值和等效电路参数。采用水中的谐音频率作为液体中的基频。本研究采用主要的振动特性(谐波频率、Q值和电导率)来评价液体的影响。

结果和讨论

首先，在空气和纯水中确认了QCM芯片的基本振动特性，如图所示。 1.空气和水中的Q值分别为22318和1080。这些结果表明，该系统工作得良好。

图1 QCM芯片(a)在空气中和在水中(b)的基本振动特性

图2(b)显示了电导对铅浓度和酸碱度的依赖关系。电导率随着酸碱度的增加而逐渐增加，随着浓度的增加而增加得更多。图2(c)显示了PB溶液对石英谐振器Q值的影响。在固定浓度下，随着酸碱度的增加，品质因数下降。在恒定的酸碱度下，随着浓度的增加，品质因数下降得更快。

这些结果表明，缓冲溶液极大地影响了QCM的性能，尤其是质量因素。例如，品质因数从936 (0.01 M，pH 5.8)下降到174 (0.2 M，pH 8)。谐振器的品质因数是决定频率稳定性的一个重要参数，电导表明谐振器的振动幅度。

图2 谐振特性与缓冲液浓度和pH值的关系：(a)谐振频率、(b)电导和(c)Q值。

结论

当QCM用作生物传感器且上电极小于下电极时，其共振特性受缓冲液浓度和酸碱度的影响很大。实验表明，随着铅浓度和酸碱度的增加，倒台面结构的高频QCM的共振频率和Q值降低。当向溶液中加入氯化钠时，观察到相同的趋势。Q值的降低会降低传感器的分辨率。当使用这种QCM芯片时，缓冲液的选择不仅要基于生物反应，还要基于QCM性能。