Measurement principle

計測原理

水晶振動子は、高精度・高安定に周波数を制御・選択する電子部品です。
その水晶振動子センサ表面の電極に物質が付着すると、付着した質量に相当した周波数低下(=質量付加効果)が現れることからセンサとしても使用され、一般にQCMセンサと呼ばれています。
また、このQCMセンサを利用した質量付加効果をQCM法と言います。
QCM法によりアウトガスの付着量を計測し、センサ温度を制御することで付着・脱離特性から物質を同定する計測法をQTGA法といいます。
宇宙機器用材料からのアウトガス計測の分野では、古くからこのQTGA法が使用されています。

QCM法
(Quartz Crystal Microbalance:水晶振動子式微小天秤法)

QCM法
質量付加効果
水晶振動子センサ表面の電極に物質が付着すると、その質量に相当する周波数が低下。

質量と周波数の関係式

質量と周波数の関係式はSauerbreyの式があります。
【Sauerbreyの式】
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。
Sauerbreyの式

QTGA法
(QCM Termogravimetric Gas Analysis:QCM熱重量測定法)

QTGA法
水の状態図