Фотоакустическая спектроскопия
Фотоакустическая спектроскопии (ПАС) и ОА спектроскопии называется (ОАГ) представляет собой физический метод исследования на основе фотоакустического эффекта на основе. Впервые это описал Александр Грэм Белл в 1880 году . Энергия подается в среду в быстрой последовательности с помощью вспышки света . В результате постоянное чередование нагрева и охлаждения приводит к чередованию теплового расширения и сжатия. Эта вибрация может восприниматься как звук при определенных обстоятельствах .
Эффект использовался в различных областях с 1970-х годов , среди прочего, для исследования газов , твердых тел и тканей .
Твердые поверхности
Для исследования материалов поглощающая поверхность нагревается модулированным светом. Зависящая от времени температура генерирует звук (или ультразвук ) в твердом теле за счет теплового расширения . Это может, например, Б. измерен пьезоэлектрическим детектором .
Колебания температуры также распространяются в газ на поверхности за счет теплопроводности и создают колебания давления или звук в газе за счет теплового расширения. В этом варианте для обнаружения используется обычный микрофон .
Если возбуждение осуществляется периодически на разных частотах модуляции , различие может быть сделано в пределах, соответствующих глубине под поверхностью. Анализ PAS также можно проводить в растворах .
Исследование газовых компонентов
Для исследования газов используется тот факт, что молекулы газа поглощают свет только с очень определенной длиной волны . Что это за зависит от химической структуры.
Для обнаружения определенного газового компонента в смеси используются световые импульсы от лазера , частота которых может поглощаться только одним типом молекул. Звуковые волны, измеряемые микрофоном в баллоне с газом, тем громче, чем выше его доля в газовой смеси. Громкость может быть увеличена в 100 раз (40 дБ) за счет акустического резонанса .
Этот метод можно использовать, например, для испытаний выхлопных газов или обнаружения загрязнителей воздуха. Например, может быть обнаружена концентрация метана в азоте всего лишь десять частей на миллиард.
В более простых измерительных приборах в качестве источника света используется инфракрасный излучатель в сочетании с узкополосным фильтром . Они сравнивают акустическое возбуждение исследуемого образца и известного газа. Оба расположены в соседних камерах, разделенных тонкой мембраной. Если концентрации исследуемого компонента в двух газах различаются, мембрана начинает вибрировать.
Исследования тканей
В медицине и биологии фотоакустический эффект используется как процесс визуализации . Фотоакустическая томографии (ПЭТ) работает с очень короткими лазерными импульсами (несколько наносекунд длительность импульса) , который должен быть рассмотрен ткани ультразвука генерировать. Отличие от обычных ультразвуковых исследований заключается в том, что на поверхности органов исследуются не только «эхо», но и сами звуки. Полученные изображения по богатству деталей соответствуют компьютерной томографии, не генерируя опасного излучения.
Этот метод также использовался в лабораторных экспериментах для измерения содержания сахара в крови диабетиков.
литература
- Д. Д. О'Коннер, Б. А. Секстон, RSC Smart: методы анализа поверхности в материаловедении . Springer-Verlag, Heidelberg 1992, ISBN 0-387-53611-6 .
- Франс Дж. М. Харрен, Джина Котти, Джос Ооменс, Sacco te Lintel Hekkert : Фотоакустическая спектроскопия в мониторинге следовых газов. В: R .A. Мейерс (ред.): Энциклопедия аналитической химии. Chichester 2000, ISBN 0471976709 , стр. 2203-2226 ( PDF , английский).
- Манфред Эйлер: Вы слышите свет? Фотоакустические эксперименты на кухне . В кн . : Физика в наше время . лента 32 , 2001, с. 180-182 , DOI : 10.1002 / 1521-3943 (200107) 32: 4 <180 :: АИД-PIUZ180> 3.0.CO; 2- # .
Индивидуальные доказательства
- ↑ Берт М. Weckhuysen, Паскаль Воорт, Габриэла Катана: Спектроскопия ионов переходных металлов на поверхностях. Издательство Лёвенского университета, 2000, стр.170.
- ^ Измерение уровня сахара в крови с помощью света. eurekalert.org, 25 октября 2013 г.