基本介紹
簡介,基本原理,儀器,光聲腔,套用,
簡介
氣體探測在醫療診斷、食品製造、污染監測、火災預報等方面有著重要的套用。過去幾十年中，微量氣體探測技術的發展在這些套用領域中起重要作用。近年來，由於人們環境健康意識的提高以及環境變化的複雜性，傳統上使用的氣體探測系統不能滿足要求，因此對新的高性能氣體探測系統的研究越來越迫切。
光聲光譜方法在微量氣體探測方面有著高靈敏度、高選擇性的優勢，因此得到了國內外研究人員的重視。1880年貝爾發現了固體中的光聲效應，隨後也很快發現了液體和氣體中有著同樣的效應。但是由於當時缺乏適合的檢測設備，光聲光譜法一直未能發展，直到20世紀80年代，由於雷射器和高靈敏度麥克風的套用，光聲光譜技術蓬勃發展。
隨著半導體雷射器和半導體微機械技術的發展，光聲光譜氣體探測系統向著小型化方向發展，以實現攜帶型高性能的光聲氣體探測系統。
基本原理
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周期性加熱,從而導致介質產生周期性壓力波動,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x-y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，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。
光聲腔
光聲腔是光聲光譜檢測儀器中最為核心的部分。它是一個裝有傳聲器、放置被測樣品的密閉腔體。其實質就是
“光-熱-聲”的轉換器。設計光聲器一般要求：
1，良好的聲禁止，沒有外界噪音的干擾。
2，儘量避免雷射與池壁或者感測器的直接作用，以減少噪音。
3，儘可能增強樣本的輻射光強，或池內的聲音共振，提高信噪比。
套用
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雷射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 ，以及傅立葉變換光聲光譜儀。光熱偏轉光譜法、光聲拉曼光譜法、光聲顯微鏡、雷射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[8]、地質學、材料科學、智慧型電網中變壓器線上監測等方面得到廣泛套用。
