石英晶體微天平基本的原理你都明白了嗎

　　石英晶體微天平是一種非常靈敏的質(zhì)量傳感器，能夠簡(jiǎn)便實(shí)時(shí)的測(cè)量過(guò)程中的質(zhì)量變化，檢測(cè)限達(dá)納克級(jí)。石英晶體又稱(chēng)為水晶，化學(xué)式SiO2，熔點(diǎn)為1750°C，密度為2.65g/cm3,是重要的壓電材料。它是一種非常靈敏的質(zhì)量檢測(cè)儀器，其測(cè)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100 倍，理論上可以測(cè)到的質(zhì)量變化相當(dāng)于單分子層或原子層的幾分之一。石英晶體微天平利用了石英晶體諧振器的壓電特性，將石英晶振電極表面質(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，進(jìn)而通過(guò)計(jì)算機(jī)等其他輔助設(shè)備獲得高精度的數(shù)據(jù)。

　　石英晶體微天平基本的原理是利用了石英晶體的壓電效應(yīng)：

　　石英晶體內(nèi)部每個(gè)晶格在不受外力作用時(shí)呈正六邊形，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，會(huì)使晶格的電荷中心發(fā)生偏移而極化，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)；反之，若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場(chǎng)，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。在一般情況下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，振幅明顯加大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電諧振。它其實(shí)與LC 回路的諧振現(xiàn)象十分相似：當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí)，可把它看成一個(gè)平板電容器稱(chēng)為靜電電容C，一般約幾個(gè)PF 到幾十PF；當(dāng)晶體振蕩時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感L 來(lái)等效，一般L 的值為幾十mH 到幾百mH。由此就構(gòu)成了石英晶體微天平的振蕩器，電路的振蕩頻率等于石英晶體振蕩片的諧振頻率，再通過(guò)主機(jī)將測(cè)的得諧振頻率轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。由于晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關(guān)，而且可以做得，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。

　　石英晶體微天平的特點(diǎn)：

　?。?）實(shí)時(shí)性

　　能夠?qū)ι锎蠓肿拥姆磻?yīng)動(dòng)力過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每秒可以收集數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行直觀的觀測(cè)，除了分子吸附，還可以提供結(jié)構(gòu)信息。

　　（2）性

　　一般完成一個(gè)基本的測(cè)試用時(shí)在15分鐘以?xún)?nèi)。

　　（3）簡(jiǎn)便性

　　生物分子無(wú)需標(biāo)記，石英晶體微天平簡(jiǎn)單，成本低，電極芯片可以重復(fù)使用，表面可以鍍上一個(gè)同質(zhì)層，（少于5um）,包括金屬，聚合物，化學(xué)改性材料等。