QCM液相檢測的理論分析及測試驗(yàn)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(xué)、物理等結(jié)合起來進(jìn)行特定的高精度的檢測。20世紀(jì)80年代，QCM開始運(yùn)用到液相檢測中，但液相檢測在理論建模與實(shí)際測試中都遇到了很大障礙，如QCM在液體中會(huì)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(xué)者進(jìn)行相關(guān)研究。
　　目前QCM用于液相檢測時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)特性導(dǎo)致了分區(qū)域振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)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(dǎo)致了檢測過程中的重復(fù)性較低，進(jìn)而影響了檢測的準(zhǔn)確性。此外由于經(jīng)典的液相檢測理論建模時(shí)沒有考慮到質(zhì)量層對(duì)QCM的影響，這也導(dǎo)致了液相檢測的結(jié)果經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)較大的偏差。這些問題的存在嚴(yán)重限制了QCM在實(shí)際中的運(yùn)用領(lǐng)域。
　　本文針對(duì)這些問題，深入研究QCM的液相檢測機(jī)理，對(duì)各個(gè)問題提出了對(duì)應(yīng)的改進(jìn)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(dǎo)了Q

3、CM的振動(dòng)方程，對(duì)其電極區(qū)，部分電極區(qū)，非電極區(qū)進(jìn)行了特定的分析，揭示了雖然各區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)位移方程不一致，但是其形式上可以用統(tǒng)一的表達(dá)式，參數(shù)值可依區(qū)域而定。對(duì)質(zhì)點(diǎn)位移和QCM表面電位表達(dá)式進(jìn)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(diǎn)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(duì)這些問題，本文設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了QCM的可重復(fù)性測量，提高了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　3、對(duì)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(duì)于QCM的振動(dòng)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(bǔ)這項(xiàng)損失，且在已有的理論基礎(chǔ)上詳細(xì)推導(dǎo)了修正BVD等效電路模型，進(jìn)而提出了未知溶液粘度密度的測試方法。
　　4、進(jìn)行了水溶液與乙醇溶液粘密度測試，并驗(yàn)證了修正BVD等效電路模型的準(zhǔn)確性。主