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光聲光譜學 |
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以光聲效應為基礎的一種新型光譜分析檢測技術。用一束強度可調製的單色光照射到密封於光聲池中的樣品上，樣品吸收光能，並以釋放熱能的方式退激，釋放的熱能使樣品和周圍介質按光的調製頻率產生週期性加熱，從而導致介質產生週期性壓力波動，這種壓力波動可用靈敏的微音器或壓電陶瓷傳聲器檢測，並通過放大得到光聲信號，這就是光聲效應。若入射單色光波長可變，則可測到隨波長而變的光聲信號圖譜，這就是光聲光譜。若入射光是聚焦而成的細束光並按樣品的xy軸掃描方式移動，則能記錄到光聲信號隨樣品位置的變化，這就是光聲成像技術。圖示 光聲光譜學 photoacoustic spectroscopy 原理 用一束強度可調製的單色光照射到密封於光聲池中的樣品上，樣品吸收光能，並以釋放熱能的方式退激，釋放的熱能使樣品和周圍介質按光的調製頻率產生週期性加熱,從而導致介質產生週期性壓力波動,這種壓力波動可用靈敏的微音器或壓電陶瓷傳聲器檢測，並通過放大得到光聲信號，這就是光聲效應。若入射單色光波長可變，則可測到隨波長而變的光聲信號圖譜，這就是光聲光譜。若入射光是聚焦而成的細束光並按樣品的xy軸掃描方式移動,則能記錄到光聲信號隨樣品位置的變化，這就是光聲成像技術。 儀器 光聲光譜的設備及其原理如圖所示。入射光為強度經過調製的單 光聲光譜設備及原理 色光，光強度調製可用切光器。光聲池是一封閉容器，內放樣品和傳聲器。圖中所示的是固體樣品，樣品周圍充以不吸收光輻射的氣體介質，如空氣。若是液體或氣體樣品，則用樣品充滿光聲池。傳聲器應很靈敏，對於氣體樣品，電容型駐極體傳聲器比較適宜，它配以電子檢測系統可測10-6℃的溫升或10-9焦/（厘米3·秒）的熱量輸入。對於液體和固體樣品，最好採用與樣品緊密接觸的壓電陶瓷檢測器。 【注】因無法顯示小標字，上文中“10-6℃”表示10的負6次方度；“10-9焦”表示10的負9次方焦爾；“厘米3”表示立方厘米。 應用 由於光聲光譜測量的是樣品吸收光能的大小，因而反射光、散射光等對測量干擾很小，故光聲光譜適於測量高散射樣品、不透光樣品、吸收光強與入射光強比值很小的弱吸收樣品和低濃度樣品等，而且樣品無論是晶體、粉末、膠體等均可測量，這是普通光譜做不到的。光聲效應與調製頻率有關，改變調製頻率可獲得樣品表面不同深度的信息，所以它是提供表面不同深度結構信息的無損探測方法。 光聲光譜學是光譜技術與量熱技術結合的產物，是20世紀70年代初發展起來的檢測物質和研究物質性能的新方法。光聲技術在不斷發展，已出現適用於氣體分析的二氧化碳激光光源紅外光聲光譜儀，適用於固體和液體分析的氙燈紫外-可見光聲光譜儀，以及傅里葉變換光聲光譜儀。光熱偏轉光譜法、光聲拉曼光譜法、光聲顯微鏡、激光熱透鏡法及熱波成像技術都在迅速發展。光聲光譜技術在物理、化學、生物學、醫學、地質學和材料科學等方面得到廣泛應用。 簡史 1880年AG貝爾發現固體的光聲效應，1881年他又和J.廷德爾和WK倫琴相繼發現氣體和液體的光聲效應。他們將氣體密封於池子裡，用陽光間斷照射池中樣品，通過接到池上的一個聽筒聽到了某種聲響。 20世紀60年代以後,由於微信號檢測技術的發展,高靈敏微音器和壓電陶瓷傳聲器的出現，強光源（激光器、氙燈等）的問世，光聲效應及其應用的研究又重新活躍起來。對大量固體和半導體的光聲研究發現，光聲光譜是一種很有前途的新技術。 光聲技術在不斷發展，二氧化碳激光光源紅外光聲光譜儀適用於氣體分析;氙燈紫外-可見光聲光譜儀適用於固體和液體的分析；傅里葉變換光聲光譜儀能對樣品提供豐富的結構信息。光熱偏轉光譜法、光聲喇曼光譜法、光聲顯微鏡、激光熱透鏡法及熱波成像技術都在迅速發展。 |
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