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QCMはナノグラムオーダーの質量変化を高感度に検出できる技術として、さまざまな表面評価やガスモニタリングに応用されています。 本ページではその原理から応用までを紹介します。
QCM原理
QCMは、水晶振動子を用いて微小な質量変化を高感度に検出する計測技術です。水晶振動子は、一定の周波数で安定に振動する特性を持ち、その表面に物質が付着すると、付着量に応じて共振周波数が低下します（これを質量負荷効果と呼びます）。この周波数変化をもとに、ナノグラムレベルの微小な質量変化をリアルタイムで捉えることが可能です。
※この質量と周波数の関係は、Sauerbreyの式により定量化されており、高い再現性と信頼性を誇ります。
質量と周波数の関係式
Sauerbreyの式は均一で且つ堅い薄膜のようなアプリケーションにおいて、その質量と周波数の関係としてしばしば用いられます。例えば真空蒸着において、ある程度の質量と薄膜厚みを計算する場合などです。
Sauerbreyの式によると、弊社10MHzのクリスタル水晶センサを使用した場合、周波数変異量1Hz当たりの質量換算は約4.18ng/cm2となります。
NDK独自構造Twin-QCM®の特長
Twin-QCM®とは？
Twin-QCM®は、１枚の水晶振動子に検出用と基準用の２電極を搭載したNDK独自の高精度QCMセンサです。
両電極の周波数差を取ることで、温度や振動、応力などの外乱要因を効果的に打ち消し、安定した質量変化の検出が可能です。
特長1：外乱要因を大幅にキャンセル
水晶は温度変化や機械的ストレスにより周波数が変化しますが、Twin-QCMⓇセンサでは検出電極と基準電極の差分周波数をとることで、これら外的要因の影響を効果的に除去できます。
特長2：温度センサ内蔵
電極温度を正確にモニタリング・制御することで、さらなる高精度な測定を実現します。
周波数温度特性（参考値）：
温度範囲：-70℃～+125℃
各電極の周波数変化：約±100ppm（25℃基準）
差分周波数変化：±10ppm以内（※温度補正後）
【 Twin-QCM®センサ周波数温度特性 】
Twin-QCM®は、一般的なQCMセンサと比較して温度による誤差を1/10以下に抑制し、高い安定性と再現性を提供します。
QCMによる熱重量分析（QTGA法）
QTGA法（QCM Terogravimetric Analysis）とは？
QTGA法は、QCMに温度制御を加え、加熱・冷却中の質量変化をリアルタイムで観測する解析手法です。
従来のTGA（熱重量分析）とは異なり、真空や低圧、極低温環境でも使用可能で、脱離挙動・吸着挙動の詳細解析に優れます。
