石英晶体微天平

QCM主要由石英晶体传感器、信号检测和数据处理等部分组成。石英晶体传感器的基本构成大致是：从一块石英晶体上沿着与石英晶体主光轴成35°15'切割(AT—CUT)得到石英晶体振荡片，在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，石英晶体夹在两片电极中间形成三明治结构。在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

石英晶体微天平的其他组成结构在不同型号和规格的仪器中也不尽相同，可根据测量需要选用或联用。一般附属结构还包括振荡线路、频率计数器、计算机系统等；电化学石英晶体微天平在此基础上还包括恒电位仪、电化学池、辅助电极、参比电极等；另外经常加装一些辅助输出设备，例如显示器、打印机等。

QCM-D技术的核心是石英晶体传感器，它由石英晶体夹在两片电极中间形成三明治结构。在电极两端加入一个交流电压，在传感器的共振频率处引发一个小的剪切振动，当交流电压关闭后，振动呈指数衰减，这个衰减被记录下来，得到共振频率(f)和耗散因子(D)两个参数。

对于薄层硬质薄膜，可以使用Sauerbrey关系和公式，根据传感器振动计算吸附层的质量。当沉积的薄膜松散和粘性时，能量通过薄膜上的摩擦被消耗，传感器的振动发生衰减，耗散因子提供了传感器上吸附的薄膜的结构信息。通过使用多个频率和耗散因子数据，使用粘弹性模型而非Sauerbrey关系，可以计算得到质量、厚度、粘度和弹性。

传感器和样品处理系统的技术参数如下：

1、传感器晶体：5MHz，直径14mm，抛光，金电极

2、传感器数量：4个，也可使用1、2或3个

3、传感器上方体积：40ul，采用5MHz晶体，Q-Sense流动模块

4、最小样品体积：200ul

5、工作温度：15-65°C(可选项:4-150°C)，由软件控制；控温精度为：0.02°C

6、流动速率：0-1ml/min

7、清洁处理：所有与液体接触元件均可拆卸，并可在超声波浴中清洗

石英晶体微天平（QuartzCrystalMicrobalance－QCM）的发展始于上世纪60年代初期，它是一种非常灵敏的质量检测仪器，其测量精度可达纳克级，比灵敏度在微克级的电子微天平高100倍，理论上可以测到的质量变化相当于单分子层或原子层的几分之一。石英晶体微天平利用了石英晶体谐振器的压电特性，将石英晶振电极表面质量变化转化为石英晶体振荡电路输出电信号的频率变化，进而通过计算机等其他辅助设备获得高精度的数据。

石英晶体微天平最基本的原理是利用了石英晶体的压电效应：石英晶体内部每个晶格在不受外力作用时呈正六边形，若在晶片的两侧施加机械压力，会使晶格的电荷中心发生偏移而极化，则在晶片相应的方向上将产生电场；反之，若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，这种现象称为压电谐振。它其实与LC回路的谐振现象十分相似：当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，一般约几个PF到几十PF；当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效，一般L的值为几十mH到几百mH。由此就构成了石英晶体微天平的振荡器，电路的振荡频率等于石英晶体振荡片的谐振频率，再通过主机将测的得谐振频率转化为电信号输出。由于晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。

1959年Sauerbrey在假定外加持量均匀刚性地附着于QCM的金电极表面的条件下，得出了QCM的谐振频率变化与外加质量成正比的结论。对于刚性沉积物，晶体振荡频率变化△F正比于工作电极上沉积物的质量改变△M。通过这一关系式可得到QCM电极表面的质量变化。

QCMsystem

QCM（QuartzCrystalMicrobalance）作为微质量传感器具有结构简单、成本低、振动Q值大、灵敏度高、测量精度可以达到纳克量级的优点，被广泛应用于化学、物理、生物、医学和表面科学等领域中，用以进行气体、液体的成分分析以及微质量的测量、薄膜厚度的检测等。根据需要，还可以在金属电极上有选择地镀膜，进一步拓宽其应用。例如，若在电极表面加一层具有选择性的吸附膜，可用来探测气体的化学成分或监测化学反应的进行情况。随着生物科学的蓬勃发展，QCM作为基因传感器在生物领域的应用有着广阔前景。

QCM具有在线跟踪检测微观过程的变化，获取丰富的在线信息的优点，是其他方法无法比拟的。这项技术以其简便、快捷、灵敏度高、在线跟踪等优势，必将与其他技术结合成为微观过程与作用机理研究，微量、痕量物质的检测等方面十分有效的手段，获得广泛应用，并从简单的浓度测定深入到动力学过程机理的研究。今后的发展方向集中在以下几个方面：

1．对粘弹性层的理论处理

2．采用其他表面技术，如表面红外光谱，对晶体表面的界面特性进行深入研究。

3．微量物质的检测与作用的研究。如以生物组织作为分子识别元件，研究诸如微量元素作用等。

常见的天平有以下三类:普通的托盘天平、半自动电光天平、电子天平。

普通的托盘天平是采用杠杆平衡原理，使用前须先调节调平螺丝调平。称量误差较大，一般用于对质量精度要求不太高的场合。 调节1g以上质量使用砝码，以下使用游标。砝码不能用手去拿，要用镊子夹。

半自动电光天平是一种较精密的分析天平 ，称量时可以准至0.0001g。调节1g以上质量用砝码，990~10mg用圈码，尾数从光标处读出。使用前须先检查圈码状态，再预热半小时。称量必须小心，轻拿轻放。称量时要关闭天平门，取样、加减砝码时必须关闭升降枢。

电子天平是最新一代的天平，它是根据电磁力平衡原理，直接称量，全量程不需要砝码，放上被测物质后， 在几秒钟内达到平衡，直接显示读数，具有称量速度快，精度高的特点。它的支撑点采取弹簧片代替机械天平的的玛瑙刀口，用差动变压器取代升降枢装置，用数字显示代替指针刻度。因此具有体积小、使用寿命长、性能稳定、操作简便和灵敏度高的特点。此外，电子天平还具有自动校正、自动去皮、超载显示、故障报警等功能。以及具有质量电信号输出功能，且可与打印机计算机联用，进一步扩展其功能，如统计称量的最大值、最小值、平均值和标准偏差等。由于电子天平具有机械天平无法比拟的优点，尽管其价格偏高，但也越来越广泛的应用于各个领域，并逐步取代机械天平。

sedimentation balance

什么是沉降天平?

具体是将秤盘置入一个较大的有刻度的开口玻璃杯中，玻璃杯内盛有一定浓度的悬浮液。该悬浮液中的固体微颗粒会随着时间的推移逐渐沉降在天平的秤盘上，大颗粒先沉降，小颗粒慢沉降，这样就会得到一条原始的沉降曲线。根据斯托克斯定理，粉尘颗粒在沉降过程中，会发生颗粒分级，静止的沉降液的粘滞性对沉降颗粒起着摩擦阻力作用，按公式计算: