Malin Edvardsson Oct 03, ’35 < 20220303

耗散型石英晶体微天平QCM-D基线的本体偏移

如果你曾经使用过耗散型石英晶体微天平分析仪(QCM-D),那么你一定听说过基线的本体偏移或者缓冲盐效应。

下面我们将介绍什么是基线的本体偏移?它是怎么产生的?以及如何设计实验来尽可能的避免或者对其进行解释说明。

本体偏移的产生起因于本体性质发生了变化

耗散型石英晶体微天平(QCM-D)技术对芯片表面上的介质变化非常灵敏。对于纯的本体溶剂来说,根据公式1和公式2,fD取决于溶液的密度和剪切粘度。

耗散型石英晶体微天平QCM-D的F和D值计算公式

耗散型石英晶体微天平QCM-D的Δf和ΔD值计算公式

公式中的η和ρ分别为溶液的粘度和密度,h0和ρ0分别为石英晶体的厚度和密度(2.648g/cm3)。介质的改变(如空气变为溶剂、改变缓冲盐的种类、溶剂变为样品等)会使fD发生偏移,这种现象称之为基线的本体偏移。

溶剂的哪些性质会造成基线的本体偏移?

所有会影响到介质密度和/或粘度的因素都会对耗散型石英晶体微天分析仪(QCM-D)的基线产生影响,如果将某种特定性质的溶剂换成性质稍微不同的溶剂,QCM-D信号上就会有一个台阶状的变化。盐离子浓度和pH值等因素会影响溶剂的性质,也就是说,如果使用的是不同浓度或者不同pH值的缓冲盐,就会产生本体偏移。如果使用的分析物浓度很高(例如蛋白),也会出现本体偏移。

基线的本体偏移是什么样子的?

与大多数吸附过程相比,fD的本体偏移都是瞬时完成的。通常情况下,它看起来像是fD的基线发生了变化,而且这种偏移是可逆的,与芯片表面无关。

本体偏移应该如何处理?

有几种方法可以消除或者至少可以减小本体偏移。在有些不可能完全避免的案例中,也有方法可以来解释。

减小本体偏移影响的方法:

  • 最佳方法是整个实验都用相同的缓冲盐来避免本体偏移
  • 如果可以的话,尽可能降低分析物的浓度
  • 如果无法保证整个实验过程中使用相同的缓冲盐,建议样品运行完后,换回最初的缓冲盐消除缓冲盐带来的影响
  • 增加一组对照试验,使用与实验组完全相同的缓冲盐,采集不同缓冲盐的基线,这可以帮你了解实验中使用的缓冲盐本体偏移的幅度

结语

所谓的本体偏移是指QCM-D基线即时的、可逆的偏移,这种偏移反映的是芯片上介质改变后本体性质的变化,最典型的例子就是改变缓冲盐。总的来说,本体偏移或多或少是不可避免的,但如果认真设计实验和执行,可以减少其产生和解释其影响。

参考文献

[1] Kanazawa, K. K. and Gordon, J. G., Anal. Chem. 57, 1770 (1985)

[2] Kanazawa, K. K. and Gordon, J. G., Anal. Chim. Act. 175, 99-105 (1985)

[3] Stockbridge, C. D., in “Vacuum Microbalance Techniques” (Plenum Press, 5, 147 (1966)).

[4] Rodahl, M. and Kasemo, B., Sensors Actuators A54, 448 (1996)

Photo by Jong Marshes on Unsplash

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