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具有耗散功能的石英晶体微天平（QCM-D）是一种实时纳米分析技术，可用于分析包括薄膜形成、相互作用和反应等表界面现象。

QCM芯片由夹在一对电极之间的薄石英片组成。通过施加交流电压，芯片可以被激发，以特有的共振频率振荡。共振频率取决于芯片和芯片表面粘附层的总质量，其中也包括耦合水。当薄膜吸附到芯片上时，共振频率会降低。如果吸附膜薄而坚硬，频率的下降与吸附膜的质量成正比。 在这种情况下QCM得到的数据非常精准。与其他QCM不同的是，QCM-D同时监测自由振荡的芯片的频率和能量耗散响应，从而更加准确和快速地得到结果。

QCM-D的常见应用包括蛋白质、聚合物、表面活性剂以及细胞在液体中与表面之间的相互作用。

质量和结构变化检测

有些吸附膜中的含水量高达95％，这取决于分子的种类和您正在研究的表面类型。

如果一些被拉长的分子平坦地吸附在表面上，只有很少量的水会与分子耦合。但是，如果这些分子吸收并站立在表面上，则会有大量的水被耦合。此时，可以使用QCM-D同时采集动力学数据以及分子结构和质量变化。

在这里观看视频，你可以详细了解到QSense 耗散型石英晶体微天平（QCM-D）的测量原理和数据类型。 视频中突出了常见的应用领域、仪器设置和操作方法。

  QSense 测量原理及应用

 

如需更多信息，请查阅：

技术文摘—QCM-D原理

QCM-D 原理

与其他QCM有所不同，QCM-D同时检测石英芯片自由振荡的频率变化和能量耗散响应。它比通常的扫描频率QCM更快、更准确。 您可以在下面的视频中观看QCM-D技术原理的演示。

 

 

石英芯片

QCM石英芯片由夹在一对电极之间的薄石英片组成。 由于石英的压电效应，可以通过在电极上施加交流电压来激发晶体的振荡。电极通常由金制成，电极上面可以涂覆各种不同的材料。

芯片的谐振频率（f）取决于总振荡质量，包括耦合的水。当芯片上吸附有薄膜时，频率会降低。如果该薄膜薄而坚硬，频率的下降与吸附膜的质量成正比。通过这种方式，QCM可以更加准确和快速地得到结果。

适用于刚性模型的Sauerbrey方程

使用Sauerbrey关系计算粘附层的质量：

∆m = – (C · ∆f)/n  

C = 17.7 ng Hz-1 cm-2

对于5 MHz基频的芯片，n = 1, 3, 5, 7 为芯片的基频和倍频

也可以估算粘附层的厚度（d）：

deff = ∆m/ρeff ρeff 是吸附层的有效密度

在大多数应用中，吸附膜并不是刚性的，所以Sauerbrey变得并不适用。 “软”（粘弹性）的薄膜不会完全与晶体耦合振荡，因此Sauerbrey方程会低估吸附的质量。

粘弹性膜和“D”的重要性

柔软的薄膜可以抑制芯片的振荡。芯片振动的阻尼或能量耗散（D）揭示了薄膜的柔软程度（粘弹性）。

D = Elost  / 2πEstored Elost  和Estored是在一次振荡循环中损耗（耗散）和存储的能量

通过记录在共振频率振动的芯片来测量其能量消耗。仪器也提供芯片在基频和倍频（例如15、25和35MHz）之间切换时的额外信息。 通过在多个频率下测量得到的数据，并应用QSense软件Dfind中的粘弹性模型（例如Voigt模型）来详细表征。可以通过特定的拟合得到软性吸附膜的粘度、弹性和准确的厚度。

传统QCM长期被用来检测真空或气体中的薄膜沉积。在QCM被证明可用于液相之后后，QCM的应用领域快速增加。

阅读更多关于QCM-D技术与原理的文章。这些文章被大量科研工作者作为实验前期的技术支撑。

更多QCM-D技术信息请点击产品页详情进行了解，或者咨询我们的技术工程师。

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