检测限很重要。敏感度并不高
Michael Rodal博士 1923年2月14日 <8分钟

检测限很重要。敏感度并不高

如果您读过一些QCM规范,您可能已经注意到灵敏度参数总是指定的。然而,很少指定的是检测限。这重要吗?往下读,你就会知道了。(剧透:是的!)

灵敏度≠检出限

“灵敏度”这个词经常被误认为是最小的量有用的被仪器检测,即检测限。在QCM测量*的情况下,灵敏度,年代,只是用来计算表面质量多少的换算因子,Δ,已添加(或删除)给定测量频移,Δf.那就是:

ΔF = -sxΔ米

(负号是从Δ开始的f对于正的质量相加是负的。)对于灵敏度大的QCM仪器,与灵敏度小的仪器相比,给定的质量变化会引起更大的频移。

那么为什么大灵敏度不比小灵敏度好呢?你想要测量一个小的质量,因此你想要一个大的信号因为大的信号更容易被检测到,对吧?没那么快。检出限是关于被测信号中有多大一部分是有用的,而不是总的信号有多大。

一个简短的题外话。假设你是一名医学博士,你正在考虑购买两个数字体温温度计中的一个;一种是华氏度,另一种是摄氏度。你测试它们来测量病人的体温,它们分别显示101.2华氏度和38.3摄氏度。你应该买哪一种呢?因为101.2比38.3大,这是否意味着华氏温度计更好呢?(也许你应该把两个都丢掉,换一个开尔文单位的?)当然不是,你想要的温度计是最准确地测量病人的体温,而不是数值的大小。你可以很容易地在摄氏度和华氏度之间转换(或者至少使用谷歌来为你做)。假设你让你可怜的病人重复了数百次,你注意到华氏温度计的值的变化是±0.5华氏度,而摄氏温度计的值的变化是±0.1摄氏度。 Now you can make an informed decision and you should obviously go for the latter (hoping the ethics committee lets you keep your license to practice).

那么,回到QCM仪器。限制测量值有用性的一个重要因素是频率噪声。这种频率噪声有一种随仪器灵敏度增加而增加的不幸趋势。

QCM仪器的检出限

能够有信心检测到的最小数量,即检测限,受信噪比SNR的限制。在所有测量中都将存在噪声,它将防止小于或相当于噪声水平的信号被可靠地测量。

要自信地探测到一个信号,它必须明显大于噪声。通常,信噪比为2或3是可以接受的。例如,如果QCM测量中的噪声水平为0.05 Hz,并且您接受信噪比为2,则检测限将为0.1 Hz。

那么,更高的灵敏度是否会提高信噪比,从而提高仪器的性能呢?没那么简单。较高的灵敏度本身并不能提供任何优势,它必须与噪声有关,而噪声可能会随着灵敏度的提高而增加。例如,众所周知,具有更高基频谐振频率的QCM传感器具有更高的灵敏度,但这些设置通常也显示出更高的噪声水平。因此,对于两种不同灵敏度的仪器,信噪比和仪器性能可能是相同的。如下图所示<年代pan>,在那里设置B的灵敏度比设置A的灵敏度高4倍,在相同的负载下,B的信号比A大4倍,但噪声也高4倍,这意味着A和B的信噪比是相同的。

灵敏度vs LOD

两种QCM测量的示意图,其中使用了两个具有不同灵敏度和不同噪声水平的假设仪器A和B。仪器A的灵敏度是灵敏度仪器B的4倍,即在传感器表面沉积相同质量时,B的信号大小是A信号大小的4倍,B的噪声也是A的4倍,但A和B的信噪比都是10。将测量的响应转换为质量,仪器A和仪器B的量化结果非常相似,这说明仪器A的灵敏度提高了4倍是没有用的。

结束语

阅读QCM规范,你肯定会找到指定的灵敏度,但重要的是要记住,灵敏度不等于检测限。灵敏度本身并不能告诉你所讨论的QCM仪器可以有效地检测到的量有多小。检出限是由信噪比决定的,所以在评估仪器的性能时,你需要知道噪声水平和灵敏度因素。

在我们的指南中阅读更多关于典型QCM规格中的QCM灵敏度和其他参数

*为了简单起见,我们假设我们可以使用Sauerbrey方程将频移转换为每表面积的质量。

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