两种常见的QCM类型是QCM- d和QCM- i。在这篇文章中，我们将讨论这两种缩写背后的技术原理，以及各自方法的优缺点，以及何时选择哪种类型。
为了最大限度地利用你的QCM测量，并能够表征粘弹性材料，收集有关能量损失的信息是很好的耗散或阻尼。能量损失可以通过三种不同的方式测量，通过1)电阻，通过2)阻抗谱，通过3)振荡的衰减时间。后两种方法可以收集足够的信息，以实现QCM数据的粘弹性建模。下面我们将进一步了解这两种方法是如何工作的，以及它们与QCM-I和QCM-D的关系。
QCM-D是带耗散监测的石英晶体微天平的简称，QCM-I是带阻抗谱的石英晶体微天平的简称。然而，使事情变得复杂一点的是，有不同类型的QCM- d:s，并且有多个版本的阻抗谱QCM。也就是说，并不是所有的QCM- d都基于相同的技术原理，QCM- i也不是唯一基于阻抗谱的QCM。正如我们上面提到的，耗散可以通过不同的方式获得，例如通过带宽，这是一种阻抗测量，或者通过衰减时间，也称为ping。目前，既有基于阻抗方法的qcm - d，也有基于ping方法的qcm - d。即使市场上的QCM-D:s的技术原理不同，它们都收集有关所研究系统的能量损失的信息。
除了…之外QCM-I， QCM:s与阻抗谱也可以称为例子QCM-Z而且，如上所述，QCM-D．由于该缩写没有揭示QCM所基于的技术原理，因此了解更多关于您正在使用或计划购买的QCM的信息可能会有所帮助，因为这将使您更好地了解数据以及如何充分利用数据。
为了比较通过阻抗谱和ping测量能量损失的两种方法，我们首先查看石英晶体的电学表示，如图1所示。等效电路，即所谓的巴特沃斯-范-戴克元件，由电容(C1)、电感(L1)，电阻(R1)，并联电容(C0)。简而言之，我1表示振荡质量和C1表示质量的弹性。电阻R1表示系统的损失，C0由于晶体上电极的重叠而产生的电子元件。
图1所示。A)石英晶体和B)等效电路的表示
用石英晶体的电学表示，耗散根据式1定义。也就是说，如果R1和L1都是已知的，可以计算耗散。
正如已经提到的，评估的一种方法D值是使用阻抗(或导纳)光谱，这使得可以确定等效电路的所有元件，如图1所示。1 - 3在阻抗谱设置中，在晶体上施加正弦电压V，输入频率在跨越谐振峰的频率范围内逐步变化，如图2所示。
图2。阻抗谱的QCM原理图。
在每个频率，电流和相位被记录下来。电压和电流的比值给出了频率相关的阻抗Z，公式2-4(或导纳Y，它是阻抗的倒数)。等效电路的阻抗可以表示为
式中| ztt |为振幅，θ为相位角，ω=2πf。
当一个完整的扫描频率范围已被记录，四个参数C1,我1, R1和C0的等效电路可以进行数值拟合。这个结果可以用来量化等效电路的参数，其中L1和R1都需要计算D根据式1。
耗散,D，也可以通过测量带宽、BW或半最大时的半带宽得到，Γ，然后使用Eq. 5。
用于描述等效电路的方程只有在所有暂态过程停止的稳态下才有效。因此，频率扫描必须足够慢，以使晶体在每一个新的频率阶跃下稳定其振荡。这一事实对采集速率造成了速度限制，这使得阻抗谱比例如QCM和QCM- r慢得多。4然而，等效电路的完整特性使提取系统中的耗散成为可能，而不仅仅是与电阻测量一样的相对测量。
这种基于衰减的方法，也被称为“ping”，是Rodahl等人在90年代开发的。5这个技术解决方案是QSense QCM-D并且仍然是所有QSense仪器的技术原理。
利用ping法将QCM晶体快速激发为谐振，关断驱动电压，然后监测振荡的衰减时间。然后将衰减数值拟合到指数阻尼正弦和D然后可以提取传感器的谐振频率。这种测量非常快，高采集率使得可以记录多个谐波，数据质量良好，从而实现高分辨率动力学研究和粘弹性建模。5
图3。基于衰减的耗散监测原理。晶体在短时间内进入振荡状态，然后关闭驱动频率，记录自由振荡衰减。由于只需要一次衰减记录来确定频率和耗散，因此采集非常快。
与所有方法一样，阻抗方法和衰减时间测量方法都有各自的优缺点。两种方法的优点在于，与QCM和QCM- r相比，阻抗QCM测量和衰减时间QCM测量包含足够的信息来提取D价值。这两种方法也允许泛音测量。由于这是粘弹性建模的两个先决条件，两种方法都允许这样的量化。
阻抗测量的一个缺点是它可能很慢。频率扫描很长，这使得测量缓慢，限制了最大时间分辨率。此外，该测量对并联电容C的微小变化很敏感0，这可能会影响测量的精度和/或噪声。
基于衰减的QCM实际上没有任何技术缺陷。与阻抗方法不同，ping原理非常快，从而实现高时间分辨率。此外，衰减方法对并联电容的变化没有同样的灵敏度，因为短路模式实际上消除了来自并联和杂散电容的干扰。这使得该方法非常稳定。然而，与阻抗方法相比，值得一提的一个缺点是仪器的成本。基于衰减的QCM往往比基于阻抗的更昂贵。
这两种类型的QCM的优缺点使它们适用于不同类型的应用程序。请注意，即使QCM-I和QCM-D输出不同的参数，您仍然可以使用上面的公式提取关于薄膜的完全相同的信息。表1总结了一些关键方面，并举例说明了何时使用哪种方法。
表1。QCM、带阻抗QCM和带衰减测量QCM的比较。
QCM- d和QCM- i是两种常见的QCM:s，可以基于阻抗测量或衰减时间测量，即所谓的ping。市场上第一个QCM-D是基于由Rodahl等人在90年代开发的ping方法。此后，基于阻抗方法的QCM-D:s也出现了。一般来说，这两种技术解决方案都允许收集足够的信息，即:f和D在多个谐波，使粘弹性建模。
Fredrik是Biolin Scientific的高级应用科学家。雷竞技苹果版本雷竞技rayapp在获得生物传感器和微系统技术硕士学位后，他曾在电穿孔、多元气体传感、药物筛选和表面科学等不同领域从事技术和应用开发工作。
