Sebuah ditimbang kristal kuarsa (QCM) mengukur massa per satuan luas dengan mengukur perubahan frekuensi resonator kristal kuarsa. Resonansi terganggu oleh penambahan atau penghapusan massa kecil karena pertumbuhan oksida / pembusukan atau deposisi film di permukaan resonator akustik. The QCM dapat digunakan di bawah vakum, dalam fase gas ("sensor gas", penggunaan pertama dijelaskan oleh Raja [1]) dan baru-baru dalam lingkungan cair. Hal ini berguna untuk memantau tingkat deposisi dalam sistem deposisi film tipis di bawah vakum. Dalam bentuk cair, itu sangat efektif menentukan afinitas molekul (protein, khususnya) ke permukaan difungsikan dengan situs pengakuan. Entitas yang lebih besar seperti virus atau polimer diselidiki, juga. QCM juga telah digunakan untuk menyelidiki interaksi antara biomolekul. Frekuensi pengukuran dengan mudah dibuat untuk presisi tinggi (dibahas di bawah); oleh karena itu, mudah untuk mengukur kepadatan massa turun ke level di bawah 1 mg / cm2. Selain mengukur frekuensi, faktor disipasi (setara dengan bandwidth resonansi) sering diukur untuk membantu analisis. Faktor disipasi adalah faktor kualitas kebalikan dari resonansi, Q-1 = w / fr (lihat di bawah); itu mengkuantifikasi redaman dalam sistem dan terkait dengan sifat viskoelastik sampel.

The QCM adalah anggota dari kelas yang lebih luas instrumen penginderaan berdasarkan gelombang akustik pada permukaan. Instrumen berbagi prinsip-prinsip yang sama operasi adalah perangkat geser horisontal gelombang akustik permukaan (SH-SAW), [13] [14] perangkat Cinta-gelombang [15] dan resonator torsi. [16] [17] perangkat berbasis gelombang permukaan akustik menggunakan dari fakta bahwa reflektifitas gelombang akustik pada permukaan kristal tergantung pada impedansi (rasio tegangan-to-speed) dari media yang berdekatan. (Beberapa sensor akustik untuk suhu atau tekanan memanfaatkan fakta bahwa kecepatan suara di dalam kristal tergantung pada suhu, tekanan, atau lipatan. Sensor ini tidak mengeksploitasi efek permukaan.) Dalam konteks gelombang berbasis penginderaan permukaan-akustik, yang QCM juga disebut "bulk akustik resonator gelombang (BAW-resonator)" atau "ketebalan-geser resonator". Pola perpindahan dari BAW resonator diturunkan adalah gelombang geser berdiri dengan anti-node pada permukaan kristal. Hal ini membuat analisis sangat mudah dan transparan.

Kristal Resonator [sunting]

Foto dari resonator khas kristal kuarsa yang digunakan untuk QCM, metallised dengan elektroda emas (kiri: elektroda depan, kanan: belakang elektroda) oleh deposisi uap.

Ketika QCM pertama kali dikembangkan, kuarsa alami dipanen, dipilih untuk kualitas dan kemudian dipotong di laboratorium. Namun, sebagian besar kristal saat ini tumbuh dengan menggunakan kristal benih. Sebuah kristal benih berfungsi sebagai titik anchoring dan template untuk pertumbuhan kristal. Kristal tumbuh selanjutnya dipotong dan dipoles menjadi cakram-rambut tipis yang mendukung resonansi geser ketebalan pada kisaran 1-30 MHz. The "AT" atau "SC" pemotongan berorientasi (dibahas di bawah) yang banyak digunakan dalam aplikasi

Kopling elektromekanis [sunting]

The QCM terdiri dari piring piezoelektrik tipis dengan elektroda menguap ke kedua belah pihak. Karena piezo-efek, tegangan AC di seluruh elektroda menginduksi deformasi geser dan sebaliknya. Kopling elektromekanis menyediakan cara sederhana untuk mendeteksi resonansi akustik dengan cara listrik. Jika tidak, itu tidak begitu penting. Namun, kopling elektromekanis dapat memiliki pengaruh sedikit pada frekuensi resonansi melalui kaku piezoelektrik. Efek ini dapat digunakan untuk penginderaan, [19] tetapi biasanya dihindari. Sangat penting untuk memiliki kondisi batas listrik dan dielectric baik di bawah kendali. Grounding elektroda depan (elektroda kontak dengan sampel) adalah salah satu pilihan. Sebuah π-jaringan kadang digunakan untuk alasan yang sama. [20] Sebuah π-jaringan susunan resistor, yang hampir arus pendek dua elektroda. Hal ini membuat perangkat lebih rentan terhadap gangguan listrik.