揭秘石英晶體微量天平：精準(zhǔn)測量背后的技術(shù)奧秘

　　石英晶體微量天平是一種基于石英晶體壓電效應(yīng)的高靈敏度質(zhì)量檢測儀器，其測量精度可達(dá)納克級(jí)，比靈敏度在微克級(jí)的電子微天平高1000倍，理論上可測到相當(dāng)于單分子層或原子層幾分之一的質(zhì)量變化。其利用石英晶體的壓電效應(yīng)工作：當(dāng)在石英晶體電極上施加交變電壓時(shí)，晶體產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，形成壓電諧振。此時(shí)，若晶體表面吸附物質(zhì)導(dǎo)致質(zhì)量變化，其諧振頻率也會(huì)相應(yīng)改變，通過測量頻率偏移即可計(jì)算質(zhì)量變化。該技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、靈敏度高、可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)。

　　石英晶體微量天平具有以下顯著的技術(shù)特點(diǎn)：

　　1、高靈敏度與高精度

　　納克級(jí)測量精度：石英晶體微量天平的測量精度可達(dá)到納克級(jí)，遠(yuǎn)高于微克級(jí)的電子微天平，理論上能測到單分子層或原子層的幾分之一質(zhì)量變化，可檢測極其微小的質(zhì)量差異。

　　基于壓電效應(yīng)的頻率檢測：利用石英晶體的壓電效應(yīng)，將石英晶體電極表面質(zhì)量變化轉(zhuǎn)化為石英晶體振蕩電路輸出電信號(hào)的頻率變化，通過監(jiān)測頻率變化來精確測量質(zhì)量，這種測量方式對(duì)微小質(zhì)量變化的響應(yīng)非常靈敏。

　　2、實(shí)時(shí)性與動(dòng)態(tài)監(jiān)測

　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸出：能夠提供實(shí)時(shí)的數(shù)字頻率輸出，可直接觀察質(zhì)量變化的過程和趨勢，對(duì)于研究快速動(dòng)態(tài)過程，如化學(xué)反應(yīng)、生物分子吸附等非常有利，有助于深入理解微觀過程的變化機(jī)制。

　　在線跟蹤檢測：可在不影響體系的情況下，對(duì)微觀過程進(jìn)行在線跟蹤檢測，獲取豐富的在線信息，這是其他一些傳統(tǒng)測量方法難y比擬的，為研究提供了更全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

　　3、廣泛的應(yīng)用范圍

　　多領(lǐng)域適用：在化學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)和表面科學(xué)等眾多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。例如，可用于氣體、液體的成分分析，監(jiān)測化學(xué)反應(yīng)過程中的物質(zhì)吸附、脫附情況；在生物領(lǐng)域，可用于研究生物分子之間的相互作用、細(xì)胞在芯片表面的繁殖過程等。

　　多種樣品池選擇：配備不同類型的樣品池，可滿足各種測量需求。傳統(tǒng)的流動(dòng)樣品池可進(jìn)行水相/油相等液相實(shí)驗(yàn)；窗口流動(dòng)池可與光學(xué)顯微鏡聯(lián)合，同時(shí)觀測細(xì)胞等在芯片表面的繁殖；電化學(xué)樣品池能實(shí)時(shí)檢測吸附樣品阻抗等電化學(xué)性質(zhì)變化；光學(xué)樣品池可實(shí)現(xiàn)光化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)；橢偏樣品池能精確測量吸附層的含水量等。

　　4、結(jié)構(gòu)簡單與操作便捷

　　結(jié)構(gòu)緊湊：主要由石英晶體傳感器、信號(hào)收集、信號(hào)檢測和數(shù)據(jù)處理等部分組成，石英晶體傳感器是核心構(gòu)件，其基本構(gòu)造是將石英晶體沿特定角度切割后，在兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷金層作為電極，形成三明治結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，易于制造和維護(hù)。

　　操作方便：操作相對(duì)簡單，通常只需將樣品加載到傳感器表面，然后通過儀器自帶的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析即可，無需復(fù)雜的操作步驟和專業(yè)的技能要求，普通科研人員經(jīng)過簡單培訓(xùn)即可上手使用。

　　5、可聯(lián)用性與擴(kuò)展性

　　與其他儀器聯(lián)用：能夠與其他多種儀器聯(lián)用，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)更全面的分析和研究。例如，與光學(xué)顯微鏡聯(lián)用可直觀觀察樣品的微觀形貌和變化；與電化學(xué)工作站聯(lián)用可同時(shí)獲取電化學(xué)信息和質(zhì)量變化信息等，為多學(xué)科交叉研究提供了有力工具。

　　功能擴(kuò)展性強(qiáng)：可通過在金屬電極上有選擇地鍍膜來進(jìn)一步拓寬其應(yīng)用范圍，如鍍上具有選擇性的吸附膜可用于探測氣體成分或監(jiān)測化學(xué)反應(yīng)；不同的金屬及金屬氧/氮化物鍍膜、合金鍍層可用于研究金屬腐蝕性能和人工關(guān)節(jié)的排異反應(yīng)等。