在上世紀(jì)60年代初期，石英晶體微天平開始發(fā)展，其為一種靈敏度十分高的質(zhì)量檢測儀器，其測量精度能夠達(dá)到納克級(jí)，高于靈敏度在微克級(jí)的電子微天平1000 倍。從理論上來說，能夠測到的質(zhì)量變化和單分子層或原子層的幾分之一相當(dāng)。石英晶體微天平通過石英晶體的壓電效應(yīng)，使石英晶體電極表面質(zhì)量變化向著石英晶體振蕩電路輸出電信號(hào)的頻率變化轉(zhuǎn)化，從而利用計(jì)算機(jī)等其他輔助設(shè)備使得高精度的數(shù)據(jù)獲得。

發(fā)現(xiàn)

1959年，德國科學(xué)家G. Sauerbrey經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)：若鍍一層薄膜在晶體表面上，那么就會(huì)減弱晶體的振動(dòng)，并且還發(fā)現(xiàn)了薄膜的厚度和密度決定了種振動(dòng)或者頻率的減少。在對在QCM 的金電極表面均勻剛性地附著外加持量的假定的條件下，使QCM 的諧振頻率變化和外加質(zhì)量成正相關(guān)的結(jié)論得出。利用Sauerbrey方程，吸附在晶體傳感器上的物質(zhì)質(zhì)量就能夠與頻率的改變建立如下關(guān)系：對于剛性吸附沉積，晶體振蕩頻率變化△f和工作電極上沉積物的質(zhì)量改變△m成正比。其中μq與ρq為石英晶體的剪切模量與密度，m與A為電極的質(zhì)量與有效工作面積。f0為芯片固有的振蕩頻率。一個(gè)直觀的參考通過Sauerbrey方程被給予了表面吸附的物質(zhì)。因?yàn)樾酒募羟心Ａ?、密度、工作面積以及基頻的值均已知，方程能夠直接將吸附的質(zhì)量計(jì)算出來。但是對芯片在空氣中的振蕩進(jìn)行計(jì)算為該方程設(shè)計(jì)的初衷，并且吸附的物質(zhì)為剛性的。因此當(dāng)液體中在芯片表面吸附粘彈性物質(zhì)時(shí)，較大的誤差值會(huì)由該方程給出。原因是因?yàn)槲轿镔|(zhì)的粘彈性會(huì)造成部分頻率的衰減，而質(zhì)量和吸附膜的粘彈性共同作用促使了測量得到的頻率值的改變。