方石英

2011年9月7日-9日，由中国检验检疫科学研究院主办的“第三届中国第三方检测实验室发展论坛及实验室展览会”在河北承德举行。活动期间，“我要测”的编辑对北京市营养源研究所办公室主任李黎女士进行了视频采访。 　　北京市营养源研究所是国内唯一一家以营养资源为研究对象的研究所，从2000年开始改制，回顾发展之路，李黎女士说，“一开始也是想做大做全，后来慢慢发现自己并不是政府部门，如果想生存下去，就必须要有自己的特色。所以避免了绝大多数检测机构都能做的项目，只做自己擅长的营养成份检测。”这样才找到了发展的方向。近年来，北京市营养源研究所还参与了食品营养标签国家标准的相关工作，包括方法、法律法规的制定和修改等。谈到今后的发展，她表示将继续保持自己营养成份检测的特色，在此基础上再尽量扩大行业范围。对于检测行业的发展，李黎女士特别提出“要排除所有的外界干扰”，保证检测的公正性。 　　更多内容请参见视频实录。 　　注：李黎女士是北京市营养源研究所的办公室主任，采访中编辑出现了口误，说成了实验室主任，请大家谅解。

为广泛征求用户的意见和需求，了解中国科学仪器的市场情况和应用情况，仪器信息网自2008年6月1日开始，对不同行业有代表性的“100家实验室”进行走访参观。近日，仪器信息网工作人员参观访问了本次活动的第四十七站：北京市营养源研究所分析室，该分析室办公室主任李黎女士热情接待了仪器信息网到访人员。 　　北京市营养源研究所分析室(以下简称“分析室”)是北京市营养源研究所的直属部门，具有中国合格评定国家认可委员会(CNAS)“实验室认可”资质和北京市质量技术监督局“计量认证”(CMA)的资质认定，是具有第三方公正地位的权威检测机构。主要面向全国从事食品和饲料两大体系营养成分检测分析。分析室拥有450多平米的实验室，具有适用于检测项目的先进的大型仪器设备25台套，拥有经验丰富的专业技术人员18名。 北京营养源研究所 　　提供“营养成分”分析检测服务 　　李黎主任介绍说：“分析室的营养成分分析检测主要有常规检测、氨基酸检测、脂肪酸检测、维生素检测、矿物质(微量元素)检测及其它类属共6个方面。我们可以对食品、婴幼儿食品和乳品、谷物及谷物制品、肉与肉制品、水果蔬菜及其制品、蜂蜜、动植物油脂、饲料、实验动物配合饲料共9大类产品，进行128个项目检测，出具第三方公正性检测报告。对于客户的特殊产品，我们还可以协助提供营养成分检测技术的解决方案。” 日立L-8900氨基酸分析仪 日立F-7000荧光光谱仪 福斯Fibertec E膳食纤维仪 福斯KJ2300全自动凯式定氮仪 　　“我们主要的客户群体是食品、饲料企业。分析室能够使用客户认可的国际、国家标准检测方法或其他方法，并在约定的检测时间内对样品进行检测，并按照国家认可、认证规定程序核查、确认检测数据，制作打印、审核签发检测报告。检测报告的发送可以通知客户自取，也可以通过特快专递寄送。” 　　协助制作“营养标签” 　　李黎主任表示：“分析室还全面承担营养标签标示成分的检测，并可以协助制作用于国内和进出口贸易商品的营养标签。” 中国营养标签 　　“美国、加拿大、欧盟、澳大利亚、新西兰、日本、新加坡及我国台湾等60个国家和地区都已建立了食品营养标签法规或标准 香港于2010年7月1日起，正式实施了新的食物营养标签规定。中国《预包装食品营养标签通则》也即将发布实施，分析室曾参与了营养标签法规的制定。” 　　“标示营养标签的目的是为了引导消费者合理选择食品，促进膳食营养平衡，保护消费者知情权和身体健康。除符合豁免原则条款外的所有中华人民共和国境内销售的预包装食品均应标示营养标签。能量和核心营养素，如蛋白质、碳水化合物、总脂肪含量和钠作为强制性食品营养标识，必须标注在食品包装上。此外，企业还可以自愿标示某些营养项目，如胆固醇、膳食纤维、糖等，分析室可以按照企业的要求制作中式或美式标签。” 福斯Soxtec2055全自动索式提取仪 　　 PerkinElmer AA800原子吸收分光光度计 　　参与制定国家标准 　　“和一般的检测机构不同，分析室除了分析检测任务，还会参与国家相关标准制定以及承担国家的研究课题。已经参与或承担制定的标准有《食品中总膳食纤维、可溶性膳食纤维、不溶性膳食纤维的测定——酶重量法》、《食品中胆固醇的测定——高效液相色谱法》、《食品中总脂肪、饱和脂肪(酸)、不饱和脂肪(酸)的测定——水解提取-气相色谱法》、《原料乳中三聚氰胺快速检测液相色谱法等国家标准》等”，李黎主任介绍说。 　　“分析室还承担了国家科技部‘十五’国家科技攻关项目两项课题：一是食品中药与天然药物有效成分检测技术研究中子课题《食品中营养与功能成分检测技术研究》，这项研究主要是研究建立银杏黄酮、人参皂甙、低聚果糖、低聚异麦芽糖等检测方法 另外一项是食品中药与天然药物有效成分检测技术研究中子课题《食品中营养成分检测技术比较与方法建立研究》。” 参观现场 　　此次参观恰逢分析室举行实验室开放日活动，来自北京农学院的近二十名学生参加了此次活动。活动中工作人员向大家详细介绍了分析室的检测项目、检测方法及所用检测仪器。另外，刘玉峰老师做了题为《离子色谱在单双糖、糖醇和低聚糖分析中的应用》的报告、崔亚娟老师做了题为《脂溶性维生素 维生素D的测定》报告、李全霞老师做了题为《水溶性维生素维生素B1的测定》报告。通过活动，大家更好地了解了有关食品营养成分检测方面的知识。据了解，分析室今后还将继续举行开放日活动，希望能和同行及客户有更多的交流。 活动现场

2021年，《高分子学报》邀请到国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写从基本原理出发的高分子现代表征方法综述并上线了虚拟专辑。仪器信息网在获《高分子学报》副主编胡文兵老师授权后，也将上线同名专题并转载专题文章，帮助广大研究生和年轻学者了解、学习并提升高分子表征技术。在此，向胡文兵老师和组织及参与撰写的各位专家学者表示感谢。高分子表征技术专题前言孔子曰：“工欲善其事，必先利其器”。 我们要做好高分子的科学研究工作，掌握基本的表征方法必不可少。每一位学者在自己的学术成长历程中，都或多或少地有幸获得过学术界前辈在实验表征方法方面的宝贵指导！随着科学技术的高速发展，传统的高分子实验表征方法及其应用也取得了长足的进步。目前，中国的高分子学术论文数已经位居世界领先地位，但国内关于高分子现代表征方法方面的系统知识介绍较为缺乏。为此，《高分子学报》主编张希教授委托副主编王笃金研究员和胡文兵教授，组织系列从基本原理出发的高分子现代表征方法综述，邀请国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写。每篇综述涵盖基本原理、实验技巧和典型应用三个方面，旨在给广大研究生和年轻学者提供做好高分子表征工作所必须掌握的基础知识训练。我们的邀请获得了本领域专家学者的热情反馈和大力支持，借此机会特表感谢！从2021年第3期开始，以上文章将陆续在《高分子学报》发表，并在网站上发布虚拟专辑，以方便大家浏览阅读。期待这一系列的现代表征方法综述能成为高分子科学知识大厦的奠基石，支撑年轻高分子学者的茁壮成长！也期待未来有更多的学术界同行一起加入到这一工作中来。高分子表征技术的发展推动了我国高分子学科的持续进步，为提升我国高分子研究的国际地位作出了贡献. 借此虚拟专辑出版之际，让我们表达对高分子物理和表征学界的老一辈科学家的崇高敬意！ 原文链接：http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304.2020.20248《高分子学报》高分子表征技术专题链接：http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304 石英晶体微天平在高分子研究中的应用袁海洋 1 ,马春风 2 ,刘光明 1 , 张广照 2 , , 1.中国科学技术大学化学物理系 合肥微尺度物质科学国家研究中心 安徽省教育厅表界面化学与能源催化重点实验室　合肥 2300262.华南理工大学材料科学与工程学院　广州 510640作者简介: 刘光明，男，1979年生. 2002年于安徽师范大学获得学士学位，2007年于中国科学技术大学获得博士学位. 2005~2006年，香港科技大学，研究助理；2008~2010年，澳大利亚国立大学，博士后；2010~2011年，中国科学技术大学，特任副教授；2011~2016年，中国科学技术大学，副教授；2016年至今，中国科学技术大学，教授. 获得2011年度中国分析测试协会科学技术奖(CAIA奖)(二等奖)，2013年入选中国科学院青年创新促进会，并于2017年入选为中国科学院青年创新促进会优秀会员. 近年来的研究兴趣主要集中于高分子的离子效应方面 张广照，男，1966年生. 华南理工大学高分子科学与工程系教授. 1987年本科毕业于四川大学高分子材料系，1998年在复旦大学获博士学位. 先后在香港中文大学(1999~2001年)和美国麻省大学(2001~2002年)从事博士后研究. 2002~2010年任中国科学技术大学教授，2010至今在华南理工大学工作. 曾获国家杰出青年基金获得者(2007年)，先后担任科技部重大研究计划项目首席科学家(2012年)，国际海洋材料保护研究常设委员会(COIPM)委员(2017年)，中国材料研究学会高分子材料与工程分会副主任，广东省化学会高分子化学专业委员会主任，《Macromolecules》(2012~2014年)、《ACS Macro Letters》(2012~2014年)、《Macromolecular Chemistry and Physics》、《Chinese Joural of Polymer Science》、《高分子材料科学与工程》编委或顾问编委. 研究方向为高分子溶液与界面物理化学，在大分子构象与相互作用、高分子表征方法学、杂化共聚反应、海洋防污材料方面做出了原创性工作 通讯作者: 刘光明, E-mail: gml@ustc.edu.cn 张广照, E-mail: msgzzhang@scut.edu.cn 摘要: 石英晶体微天平(QCM)作为一种强有力的表征工具已被广泛应用于高分子研究之中. 本文中，作者介绍了QCM的发展简史、基本原理以及实验样品制备方法. 在此基础上，介绍了如何基于带有耗散测量功能的石英晶体微天平(QCM-D)及相关联用技术研究界面接枝高分子构象行为、高分子的离子效应以及高分子海洋防污材料，展示了QCM-D技术在高分子研究中的广阔应用前景. QCM-D可同时检测界面高分子薄膜的质量变化和刚性变化，从而反映其结构变化. 与光谱型椭偏仪联用后，还可同步获取界面高分子薄膜的厚度变化等信息，可以有效解决相关高分子研究中的问题. 希望本文能够对如何利用QCM-D技术开展高分子研究起到一定的启示作用，使这一表征技术能够为高分子研究解决更多问题.关键词: 石英晶体微天平 / 高分子刷 / 聚电解质 / 离子效应 / 海洋防污材料 目录1. 发展简史2. 石英晶体微天平基本原理3. 石英晶体微天平实验样品制备3.1 在振子表面制备化学接枝高分子刷3.2 在振子表面制备物理涂覆高分子膜4. 石英晶体微天平在高分子研究中的应用4.1 界面接枝高分子构象行为4.2 高分子的离子效应4.2.1 高分子的离子特异性效应4.2.2 高分子的离子氢键效应4.2.3 高分子的离子亲/疏水效应4.3 高分子海洋防污材料5. 结语参考文献1. 发展简史1880年，Jacques Curie和Pierre Curie发现Rochelle盐晶体具有压电效应[1 ]. 1921年，Cady利用X切型石英晶体制造出世界上第一个石英晶体振荡器[2 ]. 但是，由于X切型石英晶体受温度影响太大，该切型石英晶体并未被广泛应用. 直到1934年，第一个AT切型石英晶体振荡器被制造出来[3 ]，由于其在室温附近几乎不受温度影响，因而得到广泛应用. 1959年，Sauerbrey建立了有关石英晶体表面质量变化和频率变化的定量关系，即著名的Sauerbrey方程[4 ]，该方程的建立为石英晶体微天平(QCM)技术的推广与应用奠定了坚实基础. 20世纪六七十年代QCM技术主要被应用于检测空气或真空中薄膜的厚度[5 ]. 1982年，Nomura和Okuhara实现了在液相中石英晶体振子的稳定振动，从而开辟了QCM技术在液相环境中的应用[6 ]. 1995年，Kasemo等开发了具有耗散因子测量功能的石英晶体微天平技术(QCM-D)[7 ]，实现了对石英晶体振子表面薄膜的质量变化和结构变化进行同时监测. 近年来，随着科学技术的发展，出现了QCM-D与其他表征技术的联用. 如QCM-D与光谱型椭偏仪联用技术(QCM-D/SE)[8 ]、QCM-D与电化学联用技术[9 ]等，这些联用技术无疑极大地拓展了QCM-D的应用范围，丰富了表征过程中的信息获取量，加深了对相关科学问题的理解. 毋庸置疑，在过去的60年中，QCM技术已取得了长足进步，广泛应用于包括高分子表征在内的不同领域之中[10 ~14 ]，为相关领域的发展作出了重要贡献.2. 石英晶体微天平基本原理对于石英晶体而言，其切形决定了石英晶体振子的振动模式. QCM所使用的AT切石英振子的法线方向与石英晶体z轴的夹角大约为55°[15 ]，其振动是由绕z轴的切应力所产生的绕z轴的切应变激励而成的，为厚度剪切模式，即质点在x方向振动，波沿着y方向传播，该剪切波为横波(图1 )[15 ~17 ].图 1Figure 1. Schematic illustration of a quartz resonator working at the thickness-shear-mode, where the shear wave (red curve) oscillates in the horizontal (x) direction as indicated by the two blue double-sided arrows but propagates in the vertical (y) direction as indicated by the light blue double-sided arrows. The two gold lines represent the two electrodes covered on the two sides of the quartz crystal plate, and the dashed line represents the center line of the quartz crystal plate at the y direction. (Adapted with permission from Ref.[16 ] Copyright (2000) JohnWiley & Sons, Inc).当石英振子表面薄膜厚度远小于石英振子厚度时，Sauerbrey建立了AT切石英压电振子在厚度方向上传播的剪切波频率变化(Δf)与石英压电振子表面均匀刚性薄膜单位面积质量变化(Δmf)间的关系，称为Sauerbrey方程[4 ]：其中，ρq为石英晶体的密度，hq为石英振子的厚度，f0为基频，n为泛频数，C = ρqhq/(nf0). Sauerbrey方程为QCM技术的应用奠定了基础. 值得指出的是，此方程一般情况下仅适用于真空或空气中的相关测量.当黏弹性薄膜吸附于石英振子表面时，振子的振动受到其表面吸附层的阻尼作用，因此需要定义一个参数耗散因子(D)来表征石英振子表面薄膜的刚性：其中，Q为品质因数，Es表示储存的能量，Ed表示每周期中消耗的能量. 较小的D值反映振子表面薄膜刚性较大，反之，较大的D值表明振子表面薄膜刚性较小.当QCM用于液相中的相关测量时，Kanazawa和Gordon于1985年建立了石英压电振子频率变化和牛顿流体性质间的关系，即Kanazawa-Gordon方程[18 ]：其中ηl代表液相黏度，ρl为液相密度. 1996年，Rodahl等建立了有关耗散因子变化与牛顿流体性质间关系的方程[19 ]：在液相中，石英振子表面黏弹性薄膜的复数剪切模量(G)可表示为[20 ]：G′代表薄膜的储存模量，G″代表薄膜的耗散模量，μf代表薄膜的弹性模量，ηf代表薄膜的剪切黏度，τf代表薄膜的特征驰豫时间. 因此，石英压电振子的频率变化和耗散因子变化可表示为[20 ]：其中ρf代表薄膜密度，hf代表薄膜厚度.石英压电振子的频率与耗散因子可以通过阻抗谱方法加以测量[16 ]，也可以通过拟合振幅衰减曲线获得[7 ]. 以后者为例，当继电器断开后，由交变电压产生的驱动力会突然消失，石英压电振子的振幅在阻尼作用下会按照下面的方式逐渐衰减[21 ].其中t为时间，A(t)为t时刻的振幅，A0为t=0时的振幅，τ为衰减时间常数，φ为相位，C为常数. 注意此时输出频率(f)并非为石英振子的谐振频率，而是f0和参照频率(fr)之差[21 ]. 通过对石英压电振子振幅衰减曲线的拟合，可以得到f 和τ.耗散因子可以通过如下公式求得[7 ]：3. 石英晶体微天平实验样品制备].3.2 在振子表面制备物理涂覆高分子膜以旋涂法在振子表面制备高分子膜过程中，首先将振子放置于旋涂仪上，抽真空使振子固定，将高分子溶液滴在振子表面后，启动旋涂仪，高分子溶液将沿着振子的径向铺展开来. 伴随溶剂的挥发，可在振子表面制备一层物理涂覆的高分子薄膜[27 ,28