石英晶体微天平(QCM)是一种表面敏感的实时技术，可以通过检测QCM传感器共振频率的变化来监测表面和界面上的分子相互作用。利用Sauerbrey方程，频率变化可以转换为质量变化，允许表征表面的质量吸收和质量损失。
QCM技术，本质上是一种非常小质量的平衡，自60年代以来一直存在。质量分辨率一般为ng/cm2范围，它可以监测传感器表面薄而坚硬的层的形成和去除。传统上，它被用于监测真空和气相中的薄膜沉积，但在过去的几十年里，传统的QCM配置已经发展和扩展版本，如QCM- d，现在存在。这使得该技术的使用得以扩展并扩展到其他应用领域，并且该方法现在通常用于液相测量。
QCM技术的核心是传感器，传统的传感器由石英制成压电材料。压电材料的薄圆盘夹在两个电极之间，如图1A所示。在圆盘上施加电场，就会产生机械振荡，如图1B所示。谐振频率取决于传感器的设计，通常是5-10MHz，但它可以更低或更高。
图1。(a) QCM传感器的示意图(非按比例)，该传感器由夹在两个电极之间的压电材料薄盘制成。圆盘材料通常是石英，电极通常由黄金制成，但也可以使用其他材料。在(B)中，交变电压施加在传感器上，引起传感器的机械振荡
QCM测量是通过监测共振频率的变化来实现的，Δf，当质量添加到传感器表面或从传感器表面移除时。当质量增加时，共振频率降低，如图2所示，反之亦然。
图2。QCM技术收集关于QCM传感器频率变化的时间分辨信息，并可以检测传感器表面的质量摄取。原理图显示(I)一个裸露的传感器表面和稳定的基线Δf.在步骤(II)中，分子吸附到传感器表面，导致频率下降。(III)中，表面摄取已完成，频率响应已趋于稳定。I和III之间的频移可用于量化传感器表面的质量摄取。
通过Δ中的更改f，可以检测分子-表面相互作用，并可以量化表面的质量摄取和释放，图3。
图3。分子(左)吸附到QCM传感器表面和(右)从QCM传感器表面解吸的示意图。底部面板说明了定量质量的结果变化，即分子吸附时的质量吸收和它们离开表面时的质量损失。
综上所述，QCM技术是一种实时的表面敏感技术，可以监测附着在QCM传感器表面的层的质量或厚度的变化。这是通过测量石英晶体在驱动电压激励下谐振频率的变化来实现的。
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