文 献 综 述
1引言
石英晶体微天平（quartz crystal microbalance, QCM）是一种新型高精度谐振式传感器，主要工作原理是利用石英晶体的压电效应，根据其在交变电场下的机械振动频率与晶体基频率相同时产生的大幅度振荡，将待测物质的信号量转换为频率信号输出，从而对电机表面质量变化，气体、液体浓度进行测量，测量精度可达纳克级，有着精度高，结构简单，成本低廉等优点。在其表面应用吸附特定物质的吸附膜即可实现对不同物质的测量，应用十分广泛，可以应用于生物、化学、材料、医学等领域。然而，QCM传感器作为测量仪器，其检测效果的稳定性和灵敏度仍需要优化。
2 国内外研究情况
1880年皮埃尔·居里和雅克·居里兄弟发现电气石具有压电效应。在石英晶片上加一电场，晶片会产生机械变形；反之，若在晶片上施加机械压力，则在晶片相应的方向上产生一定的电场。如果所加电场是交变电场，则品体会产生机械振荡。当振荡的频率与晶体的固有频率一致时，便产生共振，此时振荡最稳定，其振荡频率即晶体的固有频率。QCM基于此原理而设计。
1959 年德国科学家G. Sauerbrey 研究发现，如果在晶体表面上镀一层薄膜，则晶体的振动就会减弱，而且还发现这种振动或者频率的减少是由薄膜的厚度和密度决定的。在假定外加持量均匀刚性地附着于QCM 的金电极表面的条件下，得出了QCM 的谐振频率变化与外加质量成正比的结论[1]。
马宏伟团队提出的“固化水层”模型，拓展了石英晶体微天平的应用。对液态环境下表面固定的高分子膜、芯片表面质量变化的单独研究，发现了QCM频率与高分子膜厚度之间存在线性关系。固化水层模型简化了数据分析过程，研究了溶剂和黏弹性对测量的影响，拓宽了QCM在研究界的应用研究领域[2][3]。
随着QCM的研究潜力被更多研究人员认知，QCM仪器在研究中不断发展更新迭代。尤其是与其他仪器的结合使得QCM在更多领域发挥其特长。
气体分子检测方面，国内侯俊才团队通过滴涂法修饰QCM，对香蕉成熟度进行了自动化分级研究，给无损检测水果成熟度、利用石英晶体微天平作为“电子鼻”元件给复杂气体检测提供了新方案[4]。
化学材料方面，日本研究人员Nomura T与Hattori O通过压电检测器测定溶液中氰化物的微摩尔浓度，发现了在空气中测得的晶体频率变化与氰化物浓度在10-7-10-5M范围内成正比[5]。
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