• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Mikrowaga kwarcowa

    Przeczytaj także...
    ppm (ang. parts per million) - sposób wyrażania stężenia bardzo rozcieńczonych roztworów związków chemicznych. Stężenie to jest pochodną ułamka molowego i określa ile cząsteczek związku chemicznego przypada na 1 milion cząsteczek roztworu.Czujnik z AFP – czujnik (sensor) z akustyczną falą powierzchniową - układ akustoelektroniczny bazujący na zjawisku zmiany prędkości akustycznej fali powierzchniowej pod wpływem zewnętrznego bodźca podlegającego detekcji. Zmiana prędkości AFP mierzona jest najczęściej pośrednio, poprzez pomiar zmiany częstotliwości oscylatora z pętlą dodatniego sprzężenia zwrotnego zamkniętą za pomocą układu z AFP (jest to najczęściej linia opóźniająca bądź rezonator). Mianem czujnika z AFP określa się zwykle cały układ takiego oscylatora. Często w celu zwiększenia wpływu bodźca na prędkość AFP, na tor propagacji tej fali nakłada się odpowiednio dobraną warstwę pośredniczącą (ew. kilka warstw) podnoszącą, często radykalnie, czułość układu. W takim przypadku prędkość AFP zmienia się pod wpływem wywołanych bodźcem zmian parametrów elektrycznych lub mechanicznych tej warstwy (przewodności, przenikalności elektrycznej, gęstości, grubości, lepkości, sprężystości itd.). Do bodźców wykrywanych przez czujniki z AFP zaliczyć można zmiany różnej natury sił mechanicznych, natężenia promieniowania elektromagnetycznego, stężenia cząstek różnych substancji w gazach i cieczach i in. Czujniki z AFP charakteryzują się wysoką czułością i niezawodnością. Z racji swej budowy, a w szczególności faktu wykorzystywania zjawiska piezoelektrycznego mogą one stanowić podstawę konstrukcji tzw. materiałów inteligentnych.
    Wzór Kanazawy - wyprowadzona w 1985 r. poprawka wzoru Sauerbreya wiążąca zmianę częstotliwości ze zmianą masy obciążającej mikrowagę kwarcową w przypadku pracy mikrowagi w środowisku ciekłym.

    Mikrowaga kwarcowa (ang. quartz crystal microbalance, w użyciu są akronimy QCM lub rzadziej QMB). Rodzaj czujnika przeznaczonego do detekcji bardzo małych zmian masy. Nazwa mikrowaga jest analogią do wagi szalkowej.

    Mikrowaga kwarcowa bez obciążenia
    Mikrowaga kwarcowa obustronnie obciążona
    Kryształek kwarcowy z napylonymi złotymi elektrodami

    Mikrowaga kwarcowa to w istocie zwykły rezonator kwarcowy pracujący z drganiami ścinającymi. Nałożenie na jedną lub obydwie poprzecznie drgające powierzchnie rezonatora pewnej masy obciążającej powoduje obniżenie jego częstotliwości rezonansowej (wydłużenie okresu drgań) zgodnie ze wzorem Sauerbreya (jeśli rezonator pracuje w gazie) lub Kanazawy (jeśli rezonator pracuje w cieczy) oraz zmniejszenie amplitudy drgań. Widoczne z boku poglądowe animacje prezentują mikrowagi bez obciążenia oraz obciążoną – dla celów poglądowych, amplitudy znacznie zwiększono natomiast częstotliwości znacznie zmniejszono. W rzeczywistości amplitudy są bardzo małe – rzędu ułamka nm, zaś częstotliwości obejmują zakres od kilku do kilkudziesięciu MHz. Częstotliwość i amplitudę mikrowagi można mierzyć elektronicznie, z tym, że pomiar częstotliwości jest z reguły znacznie precyzyjniejszy (zwykle też mierzy się właśnie ten parametr). Zmiana częstotliwości jest proporcjonalna do zmiany masy.

    Nanometr (symbol: nm) – podwielokrotność metra, podstawowej jednostki długości w układzie SI. Jest to jedna miliardowa metra czyli jedna milionowa milimetra. Jeden nanometr równa się zatem 10 m. W notacji naukowej można go zapisać jako 1 E-9 m oznaczający 0,000 000 001 × 1 m. Rzadko stosowana jest również stara nazwa milimikron.Elektroniczny nos (e-nos) — analogia biologicznego zmysłu powonienia; zespół detektorów chemicznych reagujących na różne rodzaje cząstek zawartych w otoczeniu lub różne ich cechy (jak np. obecność specyficznych wiązań chemicznych, kwasowość, zasadowość, zdolność do stabilizacji sąsiednich dipoli itd). Fuzja informacji uzyskiwanych za pomocą takiego zespołu pozwala wnioskować nt. chemicznego składu otoczenia. E-nosy mogą być konstruowanie przy użyciu różnorakich detektorów w tym detektorów optoelektronicznych i akustoelektronicznych.

    Mikrowagi kwarcowe wykorzystuje się do pomiaru grubości bardzo cienkich warstw (powierzchnia i gęstość warstwy są znane, zaś masa jest mierzona, co pozwala na obliczenie grubości) oraz detekcji związków chemicznych w cieczach i gazach. Mikrowaga spełnia rolę detektora związków chemicznych kiedy obciążająca ją warstwa (zwykle specjalnie dobrany polimer) jest zdolna do selektywnej sorpcji cząstek z otoczenia. Spadek częstotliwości drgań mikrowagi jest wtedy proporcjonalny do masy cząstek ulegających sorpcji.

    Sorpcja – pochłanianie jednej substancji (gazów, par cieczy, par substancji stałych i ciał rozpuszczonych w cieczach), zwanej sorbatem, przez inną substancję (ciało porowate), zwaną sorbentem. Rezonator kwarcowy – przyrząd elektroniczny, którego zasada działania oparta jest na zjawisku piezoelektrycznym w krysztale kwarcu. Przyrząd ma za zadanie stabilizację częstotliwości drgań oscylatorów elektronicznych. Częstotliwości pracy tego typu rezonatorów zawierają się w granicach od kilkudziesięciu kHz do kilkudziesięciu MHz, zaś w wykonaniach specjalnych osiągają nawet setki MHz.

    Mikrowaga kwarcowa umożliwia detekcję cząstek na poziomie ppm zależnie od swojej częstotliwości środkowej oraz masy molowej cząstek. Wartości mas oznaczanych za pomocą QCM mogą być rzędu 0,1 ng = 10 g. Sorpcja i desorpcja cząstek podlega w tym wypadku prawu podziału Nernsta, co oznacza, że tego typu czujnik może pracować w sposób odwracalny. Mikrowagi kwarcowe mogą służyć do konstrukcji elektronicznych nosów. Alternatywą dla tego typu detektorów są czujniki z akustyczną falą powierzchniową.

    Prawo podziału Nernsta albo krótko prawo podziału określa sposób, w jaki dowolna substancja chemiczna ulega podziałowi pomiędzy dwie oddzielone od siebie, ale pozostające w kontakcie fazy objętościowe (ośrodki). Układy, w których może zaistnieć równowaga podziałowa (rodzaj równowagi dynamicznej), to np. gazy lub pary rozdzielone membraną półprzepuszczalną, gaz i ciecz oraz dwie ciecze niemieszające się lub oddzielone membraną.Wzór Sauerbreya – wyprowadzona w 1959 r. zależność wiążąca częstotliwość oscylacji mikrowagi kwarcowej (QCM) z wielkością obciążającej ją masy.

    Przypisy[ | edytuj kod]

    1. Mecea V. M.. Is quartz crystal microbalance really a mass sensor?. „Sensors and Actuators A”. 128, s. 270–277, 2006 (ang.). 



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Częstotliwość środkowa – w systemach pasmowo przepustowych lub pasmowozaporowych (elektronicznych lub telekomunikacyjnych) – częstotliwość będąca średnią arytmetyczną (najczęściej) bądź geometryczną (przy logarytmicznych skalach częstotliwości) dolnej i górnej częstotliwości granicznej.
    Okres (w fizyce) – czas wykonania jednego pełnego drgania w ruchu drgającym, czyli czas pomiędzy wystąpieniami tej samej fazy ruchu drgającego. Okres fali równy jest okresowi rozchodzących się drgań. Okres dotyczyć może również innych zjawisk fizycznych (np. prądu przemiennego), które mają charakter oscylacji (powtarzających się zmian jakiejś wielkości). W takim najogólniejszym znaczeniu, okresem nazywamy najmniejszy czas potrzebny na powtórzenie się wzoru oscylacji. Dla fali oznacza to odcinek czasu pomiędzy dwoma punktami fali o tej samej fazie, czyli np. między dwoma kolejnymi szczytami lub dolinami. Z innymi parametrami ruchu okresowego wiążą go następujące zależności:

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.017 sek.