QCM液相檢測的理論分析及測試驗證.pdf

1、QCM（Quartz Crystal Microbalance）傳感技術(shù)，是一種新型的檢測技術(shù)，它可以與生物、化學、物理等結(jié)合起來進行特定的高精度的檢測。20世紀80年代，QCM開始運用到液相檢測中，但液相檢測在理論建模與實際測試中都遇到了很大障礙，如QCM在液體中會停振，非線性建模的難度較大，測試結(jié)果與理論偏差較大等，吸引了一大批國內(nèi)外學者進行相關(guān)研究。
　　目前QCM用于液相檢測時，由于其結(jié)構(gòu)特性導致了分區(qū)域振動，質(zhì)點位移和電

2、位的不統(tǒng)一給后面的理論建模帶來了難度。這也使得質(zhì)量靈敏度分布不均勻，導致了檢測過程中的重復性較低，進而影響了檢測的準確性。此外由于經(jīng)典的液相檢測理論建模時沒有考慮到質(zhì)量層對QCM的影響，這也導致了液相檢測的結(jié)果經(jīng)常會出現(xiàn)較大的偏差。這些問題的存在嚴重限制了QCM在實際中的運用領(lǐng)域。
　　本文針對這些問題，深入研究QCM的液相檢測機理，對各個問題提出了對應(yīng)的改進措施。本文的主要工作為：
　　1、從石英晶片的本構(gòu)方程出發(fā)推導了Q

3、CM的振動方程，對其電極區(qū)，部分電極區(qū)，非電極區(qū)進行了特定的分析，揭示了雖然各區(qū)域的質(zhì)點位移方程不一致，但是其形式上可以用統(tǒng)一的表達式，參數(shù)值可依區(qū)域而定。對質(zhì)點位移和QCM表面電位表達式進行了歸一化。
　　2、深入分析了QCM的質(zhì)量檢測原理和質(zhì)量靈敏度，指出可以通過QCM表面質(zhì)點位移的幅值來分析質(zhì)量靈敏度。QCM的質(zhì)量靈敏度分布呈近似高斯形，且分布極不均勻，只在靠近電極中心處有較高的靈敏度。針對這些問題，本文設(shè)計了新型探頭，較大

4、程度的改善了質(zhì)量靈敏度分布的一致性。從而在一定程度上實現(xiàn)了QCM的可重復性測量，提高了測試結(jié)果的準確性。
　　3、對于QCM液相檢測的傳統(tǒng)理論中沒有考慮液體的柔性吸附對于QCM的振動的影響，本文中在液相理論建模過程中通過增加一層質(zhì)量層來彌補這項損失，且在已有的理論基礎(chǔ)上詳細推導了修正BVD等效電路模型，進而提出了未知溶液粘度密度的測試方法。
　　4、進行了水溶液與乙醇溶液粘密度測試，并驗證了修正BVD等效電路模型的準確性。主