石英晶体微天平使用原理是什么

　　石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance，QCM)是一种基于石英晶体压电效应的高灵敏度质量检测仪器，能够实时监测晶体表面质量变化，测量精度可达纳克级(±1.5ppm)，甚至皮克级，相当于能感知“单分子层厚度”的质量变化。
 

　　石英晶体微天平利用了石英晶体的压电效应：
 

　　压电效应：石英晶体内部每个晶格在不受外力作用时呈正六边形。若在晶片的两侧施加机械压力，会使晶格的电荷中心发生偏移而极化，在晶片相应的方向上产生电场；反之，若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械形变。
 

　　压电谐振：如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，这种现象称为压电谐振。
 

　　质量-频率关系：当晶体表面吸附物质时，其共振频率会发生偏移。通过测量频率变化，可以计算质量变化。1959年，德国科学家G. Sauerbrey研究发现，在假定外加持量均匀刚性地附着于QCM的金电极表面的条件下，QCM的谐振频率变化与外加质量成正比。通过Sauerbrey方程，吸附在晶体传感器上的物质质量就可以和频率的改变建立关系。