​​QCM-D和傳統(tǒng)QCM的區(qū)別

關(guān)于探測(cè)表面敏感度的技術(shù)，你經(jīng)常會(huì)遇到QCM實(shí)時(shí)檢測(cè)的方法。QCM這三個(gè)字母是石英晶體微天平的縮寫(xiě)，是針對(duì)檢測(cè)非常小物質(zhì)質(zhì)量的天平。如果你關(guān)注更多儀器方面的知識(shí)，你可能已經(jīng)注意到，QCM系列有許多類(lèi)型，如QCM-D。那么他們之間的區(qū)別又是什么呢？不同于傳統(tǒng)的QCM，QCM-D中添加一個(gè)額外的參數(shù)D是耗散因子。耗散因子提供了芯片表面吸附層的軟硬度的實(shí)時(shí)信息，也被稱(chēng)為粘彈性。這意味著，QCM-D能夠比傳統(tǒng)的QCM提供更多關(guān)于研究系統(tǒng)的信息。

1. 什么是耗散？
    

QCM-D測(cè)量耗散，但這個(gè)參數(shù)是什么，它是由什么組成的，它意味著什么？有時(shí)耗散也被稱(chēng)為振蕩中的芯片的阻尼。耗散的嚴(yán)格定義是每個(gè)振蕩周期內(nèi)系統(tǒng)能量損失的總和。如果用一個(gè)方程來(lái)描述，它可以寫(xiě)成1/Q，其中Q是所用振蕩器的品質(zhì)因子。定義耗散的另一種方法是用每個(gè)振蕩周期的能量損耗除以系統(tǒng)中的總能量。

說(shuō)了這么多概念性的東西，但這與實(shí)際實(shí)驗(yàn)有什么關(guān)系呢？如前所述，耗散與芯片表面吸附層的軟硬度有關(guān)。一個(gè)剛性材料沉積在芯片表面將跟隨芯片一起振動(dòng)而不發(fā)生形變。在這種情況下，剛性材料不會(huì)抑制振蕩，檢測(cè)到的耗散值將是低的。而另一方面，軟薄膜將不能完全跟隨芯片一起振動(dòng)。這意味著它將在測(cè)試過(guò)程中發(fā)生形變。軟薄膜會(huì)抑制振蕩并產(chǎn)生高的耗散。因此，耗散參數(shù)提供了芯片表面所沉積薄膜的軟硬度或粘彈性的實(shí)時(shí)性質(zhì)，這使得監(jiān)測(cè)構(gòu)象變化成為可能。

2. 為什么測(cè)量能量耗散是很重要的？
 

盡可能多收集正在研究的系統(tǒng)的相關(guān)信息當(dāng)然是有利的，但耗散信息真的是必須的么？

耗散參數(shù)有三個(gè)重要方面：

第一，耗散揭示了研究的系統(tǒng)隨時(shí)間定性變化的關(guān)系。

其次，它提供了吸附物質(zhì)的關(guān)鍵信息，如量化的質(zhì)量，厚度和粘彈性性能。

第三，耗散揭示了一個(gè)粘彈性或剛性薄膜的模型是否應(yīng)該使用。剛性膜的質(zhì)量可以使用Sauerbrey方程計(jì)算，只需要輸入一個(gè)單一的諧波共振頻率；多參數(shù)擬合需要至少一段時(shí)間F和D值相對(duì)于時(shí)間的變化。一般來(lái)說(shuō)倍頻越多擬合結(jié)果就越好。

更深入地討論剛才說(shuō)到的第一點(diǎn)，即對(duì)所研究系統(tǒng)的時(shí)間分辨行為進(jìn)行定性了解，耗散參數(shù)將從收集到的倍頻頻率中補(bǔ)充吸附物質(zhì)的信息。同時(shí)捕捉到的兩個(gè)參數(shù)F和D將繪制吸附物質(zhì)在表面上排列的狀態(tài)，以及排列如何隨時(shí)間變化；一個(gè)QCM芯片的頻率響應(yīng)反映了它表面上耦合質(zhì)量的變化，包括被困在分子層間的溶劑的質(zhì)量。耗散反映了薄膜的軟硬度。監(jiān)測(cè)這兩個(gè)作為時(shí)間函數(shù)的參數(shù)，即可對(duì)分子是否平躺在表面（剛性膜和水合程度低）；或是伸展構(gòu)型（軟膜和水合程度高）；以及如果有重排，例如溶脹（從平躺到延伸）或塌縮（從延伸到平躺）等這些變化進(jìn)行檢測(cè)。

3. QCM-D優(yōu)于QCM的三點(diǎn)
 

綜上所述，相比于傳統(tǒng)的QCM，耗散參數(shù)提供了三個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)：

1.  它定性提供了與吸附物質(zhì)薄膜的軟硬度相關(guān)的信息和軟硬度隨時(shí)間變化的信息。

2.  它提供了量化模型的關(guān)鍵信息。

3.  它提供了粘彈性膜的模型基本要素。

D值還能幫助你對(duì)你的實(shí)驗(yàn)的理解帶來(lái)了什么額外的信息？你能全面地了解正在研究的系統(tǒng)中薄膜的溶劑含量、納米結(jié)構(gòu)或排列方式嗎？探索耗散的潛能并在下面的評(píng)論中分享你的故事和問(wèn)題。

4. 下面是來(lái)自我們的一位用戶(hù)的評(píng)價(jià)：

“I can tell you that for every electron moved, this amount of mass changed. That’s powerful. You can’t really get that with any other system.”

Jodie Lutkenhaus, Associate Professor, Texas A&M University