[發明專利]一種高靈敏度的酸傳感器

有效

• 申請號: 201410400257.6
• 申請日: 2014-08-14
• 公開（公告）號: CN104198323B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 詹姆斯·劉;克莉絲汀·劉
• 申請（專利權）人: 北京至感傳感器技術研究院有限公司
• 主分類號: G01N5/04
• 分類號: G01N5/04
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本發明涉及一種高靈敏度的酸傳感器，屬于質量稱重傳感器領域。

背景技術

質量秤重傳感器被廣泛應用于顆粒稱量，化學及生物傳感器。石英振蕩天平就是一種質量秤重傳感器，石英晶體微天平(QCM)最基本的原理是利用了石英晶體的壓電效應：石英晶體內部每個晶格在不受外力作用時呈正六邊形，若在晶片的兩側施加機械壓力，會使晶格的電荷中心發生偏移而極化，則在晶片相應的方向上將產生電場；反之，若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產生機械變形，這種物理現象稱為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產生機械振動，同時晶片的機械振動又會產生交變電場。在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，這種現象稱為壓電諧振。它其實與LC回路的諧振現象十分相似：當晶體不振動時，可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C，一般約幾個PF到幾十PF；當晶體振蕩時，機械振動的慣性可用電感L來等效，一般L的值為幾十mH到幾百mH。由此就構成了石英晶體微天平的振蕩器，電路的振蕩頻率等于石英晶體振蕩片的諧振頻率，再通過主機將測得的諧振頻率轉化為電信號輸出。由于晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關，而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩定度。

1959年Sauerbrey在假定外加持量均勻剛性地附著于QCM的金電極表面的條件下，得出了QCM的諧振頻率變化與外加質量成正比的結論。對于剛性沉積物，晶體振蕩頻率變化△F正比于工作電極上沉積物的質量改變△M。通過這一關系式可得到QCM電極表面的質量變化。

QCM主要由石英晶體傳感器、信號檢測和數據處理等部分組成。石英晶體傳感器的基本構成大致是：從一塊石英晶體上沿著與石英晶體主光軸成35°15'切割(AT—CUT)得到石英晶體振蕩片，在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，石英晶體夾在兩片電極中間形成三明治結構。在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，其產品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。

石英稱重天平的靈敏度是從Sauerbrey方程得來，石英振蕩天平頻率變化值△F和質量變化值△M有如下的關系：△F＝C_f·△M，其中△F為石英天平觀察到的稱重物質前后頻率變化值，△M為石英天平觀察到的稱重物質前后質量變化值，C_f為石英天平稱量物質質量時的恒定系數。從上述公式上看，QCM的靈敏度是由C_f決定的。

現有的酸傳感器僅是在QCM的一邊電極上鍍有一層鐵的薄膜，靈敏度不高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高靈敏度的酸傳感器，該酸傳感器較之上述Sauerbrey公式有更高的靈敏度。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種高靈敏度的酸傳感器，包括封裝好的傳感器、石英傳感器晶片、鉻鍍層、金鍍層、磁性裝置及磁性材料鍍層，所述傳感器的內部設有石英振蕩電路，所述石英振蕩電路的兩個電極分別設置在所述石英傳感器晶片的上下兩面，所述石英傳感器晶片設置在所述傳感器的頂部，所述石英傳感器晶片的上表面和下表面分別鍍有一層鉻鍍層，所述鉻鍍層的表面上鍍有一層金鍍層，所述傳感器的內部還設有磁性裝置，所述磁性裝置位于所述石英傳感器晶片的正下方，且靠近所述金鍍層，所述磁性材料鍍層位于所述石英傳感器晶片的正上方，且鍍在所述金鍍層上。

本發明的有益效果是：

較之傳統的酸傳感器，例如美國專利，US7,322,243，本發明具有較高的靈敏度，而且結構簡單，使用方便。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述磁性材料鍍層由具有磁性的能與酸發生反應的有機磁性材料或者無機物質制成。

所述有機磁性材料是指含有穩定自由基并具有鐵磁相互作用的有機化合物或含過渡金屬的復合物。例如diethyldithiocarbamate-Fe(III)chloride?compound,DNPN(Porphyrin?dendrimers)等。

所述無機物質為金屬元素及金屬合金。所述金屬元素為鐵、鈷或鎳。所述金屬合金為鐵合金、鈷合金或鎳合金。