【原创】光声光谱技术

Cyclotron

2010/03/23

私聊

红外光谱（IR）

光声光谱技术（photoacoustic spectroscopy, PAS）是一种新型光谱分析检测技术，是探测样品吸收标度的一种测谱技术，其基本原理是光声效应。它是光谱技术与量热技术结合的产物，是20世纪70年代初发展起来的检测物质和研究物质性能的新方法。1880年A.G.贝尔发现固体的光声效应，1881年他又和J.廷德尔和W.K.伦琴相继发现气体和液体的光声效应。20世纪60年代以后，由于微信号检测技术的发展，高灵敏微音器和压电陶瓷传声器的出现，强光源（激光器、氙灯等）的问世，光声效应及其应用的研究又重新活跃起来。对大量固体和半导体的光声研究发现，光声光谱是一种很有前途的新技术。

　　当一束红外光照射到样品时，样品会选择性地吸收入射光波，这时样品分子被激发到较高的振--转能级上。当激发态分子通过碰撞，无辐射地弛豫到基态时，样品分子吸收的能量便转变为分子的热运动。在密闭的样品光声池中，也充有非吸收的气体介质（如氮气、氨气等），且入射光是见过调制的，这时在样品池内的介质会产生周期性压力波动，气体介质将这种压力波动传至装备在同一密闭体系内的微音器，产生电信号，该信号经前置放大器放大后输入傅立叶变换红外光谱仪的主放大器和信号处理系统，经傅里叶变换，即可得红外吸收光谱图。

　　光声光谱的设备及其原理如图所示。入射光为强度经过调制的单色光，光强度调制可用切光器。光声池是一封闭容器,内放样品和传声器。图中所示的是固体样品，样品周围充以不吸收光辐射的气体介质，如空气。若是液体或气体样品，则用样品充满光声池。对于液体和固体样品，最好采用与样品紧密接触的压电陶瓷检测器。

　　由于光声光谱测量的是样品吸收光能的大小，因而反射光、散射光等对测量干扰很小，故光声光谱适于测量高散射样品、不透光样品、吸收光强与入射光强比值很小的弱吸收样品和低浓度样品等，而且样品无论是晶体、粉末、胶体等均可测量，这是普通光谱做不到的。光声效应与调制频率有关，改变调制频率可获得样品表面不同深度的信息，所以它是提供表面不同深度结构信息的无损探测方法。光声技术是无机和有机化合物、半导体、金属、高分子材料等方面物理化学研究的有力手段，在物理、化学、生物学、医学、地质学方面得到广泛应用。

　　光声技术在不断发展，二氧化碳激光光源红外光声光谱仪适用于气体分析;氙灯紫外-可见光声光谱仪适用于固体和液体的分析；傅里叶变换光声光谱仪能对样品提供丰富的结构信息。光热偏转光谱法、光声喇曼光谱法、光声显微镜、激光热透镜法及热波成像技术都在迅速发展。

无论透明的、不透明的、表面光滑的、毛糙的试样，也无论是粉末状、颗粒状、薄片状，平整与否，只要能放进光声池的样品杯中，都无需制样，无需破坏试样，无需消耗试样就能测得光谱，并能避免糊片法和压片法中可能出现的光谱畸变和多余的介质吸收。