SS-CHI400C 石英晶体微天平

CHI400C系列时间分辨电化学石英晶体微天平(EQCM)是CH Instruments与武汉大学合作的产品(武汉大学专利)。石英晶体微天平(QCM)可进行极灵敏的质量测量。在适当的条件下，石英晶体上沉积的质量变化和振动频率移动之间关系呈简单的线性关系(Sauerbrey公式)：

Df = -2f_o² Dm / [A · sqrt(mr)]

式中是f_o晶体的基本谐振频率，A是镀在晶体上金盘的面积，r是晶体的密度(=2.684g/cm³)，m是晶体切变系数(= 2.947´10¹¹ g/cm·s²)。对于我们的晶体(f_o = 7.995MHz, A = 0.196 cm²)，每赫兹的频率改变相当于1.34 ng。QCM和EQCM被广泛应用于金属沉积，高分子膜中离子传递，生物传感器，以及吸附解吸动力学的研究等等。

CHI400C系列电化学石英晶体微天平含石英晶体振荡器，频率计数器，快速数字信号发生器，高分辨高速数据采集系统，电位电流信号滤波器，信号增益，iR降补偿电路，以及恒电位仪／恒电流仪（440C）。电位范围为±10V，电流范围为±250mA。电流测量下限低于50pA。石英晶体微天平和恒电位仪/恒电流仪集成使得EQCM测量变得十分简单方便。CHI400C系列采用时间分辨的方式测量频率的改变。传统的方法是采用频率直接计数的方法，要得到1Hz的QCM分辨率，需要1秒的采样时间。要得到0.1Hz的QCM分辨率，需要10秒的采样时间。我们是将QCM的频率和一标准频率的差值作周期测量，从而大大缩短了采样时间，提高了时间分辨。我们可在毫秒级的时间里得到1Hz或0.1Hz或更好的频率分辨。当和循环伏安法结合时，可允许在0.5V/s的扫描速度下获得QCM的信号。这对需要较快速的测量(例如动力学测量)尤为重要。允许与QCM结合的电化学实验技术包括CV，LSV，CA，i-t，CP。

400C系列在测量QCM频率变化的同时，还能测量晶体谐振网络的电阻变化。

400C系列也是相当快速的仪器。信号发生器的更新速率为10MHz，数据采集速率为1MHz。循环伏安法的扫描速度为1000V/s时，电位增量仅0.1mV。又如交流伏安法的频率可达10KHz。仪器可工作于二，三，或四电极的方式。四电极对于大电流或低阻抗电解池（例如电池）十分重要，可消除由于电缆和接触电阻引起的测量误差。由于仪器集成了多种常用的电化学测量技术，使得仪器可用作通用电化学测量，也可单独用作石英晶体微天平的测量(不同时进行电化学测量)。

CHI400C系列EQCM还包括一个特殊设计的电解池，如图1(a)所示。电解池由三块圆形的聚四氟乙烯组成。直径为35mm，总高度为37mm。上面的是盖子，用于安装参比电极和对极。中间的是用于放溶液的池体。石英晶体被固定于中间和底下的部件之间，通过橡胶圈密封，并用螺丝固定。石英晶体的直径为13.7mm，晶体两面的中间镀有5.1mm直径的金盘电极(其它电极材料需特殊定做)。新晶体的谐振频率是7.995 MHz。

图2显示了1mM Pb²⁺在0.1MHClO₄溶液中欠电位沉积的循环伏安图和作为电位函数的相应的频率改变。扫描速度为0.05V/s。在-0.42V出现的阴极峰是由于单层欠电位沉积。-0.29V处的阳极峰是由于铅的溶出。频率-电位图显示了由于铅沉积而使频率下降了25Hz(相当于33.5ng)。