为什么温度稳定性在qcm测量中至关重要
马林Edvardsson 22年8月9日 7分钟

为什么温度稳定性在qcm测量中至关重要

实现可靠和可重复的QCM测量的关键因素之一是温度稳定性。为了达到亚赫兹的灵敏度,需要在百分之一度的水平上长期稳定温度。在这篇文章中,我们将描述在数据中可能出现的与温度相关的伪影,并解释为什么温度稳定性在QCM测量中如此重要。

不受控制的温度变化将以不可预知的方式影响QCM测量

也许可以肯定地说,任何的目标药物测量是研究和评价某种表面相互作用现象。相互作用是用共振频率-来测量的,最好也是耗散-,响应,提供感兴趣的表面粘附层的质量和结构变化的信息。然而,除了要研究的质量和结构变化之外,还有其他因素也会影响QCM信号。其中一个主要因素是温度.因此,在测量过程中温度稳定性的不足将在数据中引入与温度相关的伪影,最终,将无法确定测量的QCM信号中有多少来自温度变化,有多少来自所研究的表面相互作用。

影响QCM响应的温度相关参数

通常观察到的温度诱导效应有三个主要来源。温度的变化会改变:

1)传感器固有谐振频率
2)散装液体的粘度和密度
3)安装应力

1)固有谐振频率

由于石英的特性,QCM晶体的谐振频率与温度有关。具体的fvsT关系因晶体切割而异。所谓的AT切割,是表面和界面科学相关应用中大多数qcm的标准,有一个降低温度系数与其他晶体切割相比,在室温左右。然而,即使对于at切割晶体,共振频率的温度依赖性仍然足够大,温度变化对QCM测量产生重大影响。

另一种间接的影响源于石英的温度系数,是电子器件中参考时钟共振频率的变化。参考时钟也是由石英制成的,可能会受到电子器件温度变化的影响。如果电子器件暴露在温度变化很大的环境中,这将直接改变测量频率。精心设计的电子器件采用了所谓的烤箱控制晶体振荡器(OCXO),使参考石英晶体保持恒定温度(通常远高于室温),以避免受到环境温度变化的影响。

2)散装液体性能

QCM技术对本体溶液性质的变化较为敏感。大多数液体的粘度和密度都依赖于温度,如果这些特性发生变化,它们将直接影响测量的谐振和耗散读数。

3)安装应力的变化

传感器的安装应力,例如由o形环和触点引起的,将始终或多或少地存在。谐振频率受这些应力的影响,这些应力的任何变化都会引起谐振频率的变化f而且D.例如,温度的变化可能会改变o形环的直径和弹性特性,以及测量室的尺寸(微小的变化,但仍然如此)。因此,温度变化可能导致测量响应中应力诱导的伪影增加。对于较小的温度变化,这种情况不太可能发生,因此它被认为比因素1)和2)的问题要小。然而,如果发生这种情况,情况就相当严重了。不像其他两个因素,这个神器是不可逆的。

温度引起的伪影会是什么样子?

总的来说,温度引起的伪影将根据温度变化的性质和起源而不同。例如,取决于变化是快还是慢,以及它们是来自样本还是环境。通过样品可能会发生温度变化,例如,如果您在室温下测量,然后直接使用冰箱中的冷样品。从本质上讲,这样的温度变化将导致信号峰值。峰值可能是一个大的量级,但通常它们将消失,因为样品温度平衡,并返回到以前的值。另一方面,环境温度的变化会产生信号的长期变化,并导致人们所认为的漂移基线。温度引起的安装应力变化可能是样品和环境温度变化的结果。它们通常表现为跳跃式或阶梯式的信号变化,永远不会回到之前的基线。

温度引起的伪影有多大?

那么我们所说的扭曲程度是多少呢?与温度相关的伪影的程度取决于几个因素,例如您是在液体中测量还是在空气中测量,您使用的液体是什么,您正在进行测量的温度,当然还有温度波动的幅度和持续时间。由三个根本原因中的任何一个引起的温度诱导伪影可能是每度几赫兹,如图1所示。因此,为了达到亚赫兹灵敏度的可靠测量,有必要在百分之一度的水平上具有长期的温度稳定性。


温度依赖性f和D

图1。QCM-D频率和耗散作为测量温度的函数的例子。传感器表面涂有一层聚苯乙烯薄膜,测量温度范围为40 - 150°C。在这种情况下,由于体积流体是气体,主要的温度效应来自于传感器谐振频率的温度依赖性。耗散读数中的小跳跃是由于所谓的活动下降,这超出了本文的范围。

结束语

为了获得可靠和可重复的QCM数据,必须确保稳定的测量温度。由于石英的性质,QCM共振频率不仅与温度有关,而且温度的变化也会引起体性质的可测量变化。此外,温度变化可能会改变QCM传感器的安装应力,这将以不受控制的方式影响测量信号。因此,根据测量设置和条件的不同,不受控制的温度变化可能会导致测量数据中的一个或多个伪影,并阻碍所研究系统的预期分析。为了避免这种不受控制的变化,并达到亚赫兹灵敏度的可靠QCM测量,长期温度稳定性需要在百分之一度的水平。


下载概述以了解更多为什么温度稳定性至关重要以及如何避免与温度相关的问题。

温度控制在QCM中至关重要
概述

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编者注:本文最初发布于2018年8月,为全面起见,已进行了更新

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