Fotoakustisk spektroskopi

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Fotoakustisk spektroskopi (PAS), også kaldet optoakustisk spektroskopi (OAS), er en fysisk undersøgelsesmetode baseret på den fotoakustiske effekt . Dette blev først beskrevet af Alexander Graham Bell i 1880. Energi tilføres et medium hurtigt efter hinanden ved lysglimt . Den resulterende konstante skifte mellem varme og køling fører til skiftevis termisk ekspansion og sammentrækning. Denne vibration kan opfattes som lyd under passende omstændigheder.

Effekten har været brugt på forskellige områder siden 1970'erne til blandt andet at undersøge gasser , faste stoffer og væv .

Massive overflader

Til materialeundersøgelser opvarmes en absorberende overflade af moduleret lys. Den tidsafhængige temperatur genererer lyd (eller ultralyd ) i det faste legeme via termisk ekspansion. Dette kan z. B. målt med en piezoelektrisk detektor .

Temperaturudsvingene spredes også ind i gassen på overfladen via termisk ledning og genererer trykudsving eller lyd i gassen gennem termisk ekspansion. [1] En normal mikrofon bruges til registrering i denne variant.

Hvis excitationen udføres periodisk ved forskellige graduering frekvenser , kan der sondres inden for grænser ifølge dybden under overfladen. PAS -analyser kan også udføres i løsninger .

Undersøgelse af gaskomponenter

Laboratorieopsætning af et fotoakustisk spektroskop til gasanalyse

Til undersøgelse af gasser gør man brug af det faktum, at gasmolekyler kun absorberer lys med meget specifikke bølgelængder . Hvilke disse er afhænger af den kemiske struktur.

For at detektere en bestemt gaskomponent i en blanding anvendes lysimpulser fra en laser , hvis frekvens kun kan absorberes af en type molekyle. Lydbølgerne målt af en mikrofon i en beholder med gassen er derefter højere, jo højere er andelen i gasblandingen. Lydstyrken kan øges med en faktor 100 (40 dB) gennem akustisk resonans .

Metoden kan f.eks. Bruges til test af udstødningsgasser eller påvisning af luftforurenende stoffer. For eksempel kan koncentrationer af metan i nitrogen på kun ti dele i en milliard detekteres.

Enklere måleanordninger anvender en infrarød emitter, sammenholdt med en smalbåndet filter som lyskilde. De sammenligner den akustiske excitation mellem prøven, der skal undersøges, og en kendt gas. Begge er placeret i tilstødende kamre, der er adskilt af en tynd membran. Hvis koncentrationerne af den bestanddel, der skal undersøges, er forskellige i de to gasser, begynder membranen at vibrere.

Vævsundersøgelser

I medicin og biologi bruges den fotoakustiske effekt som en billeddannelsesproces . Fotoakustisk tomografi (PAT) fungerer med meget korte laserpulser (et par nanosekunders pulsvarighed), der genererer ultralyd i det væv, der skal undersøges. Forskellen på konventionelle ultralydsundersøgelser er, at "ekkoer" ikke kun undersøges på overfladen af ​​organer, men disse genererer lyden selv. De resulterende billeder svarer i deres detaljerigdom til computertomografi uden at generere farlig stråling.

Metoden blev også brugt i laboratorieforsøg til at måle blodsukkerindholdet hos diabetikere. [2]

litteratur

  • DJ O'Conner, BA Sexton, RSC Smart: Surface Analysis Methods in Materials Science . Springer-Verlag, Heidelberg 1992, ISBN 0-387-53611-6 .
  • Frans JM Harren, Gina Cotti, Jos Oomens, Sacco te Lintel Hekkert: Fotoakustisk spektroskopi i sporgasovervågning. I: R .A. Meyers (red.): Encyclopedia of Analytical Chemistry. Chichester 2000, ISBN 0471976709 , s. 2203-2226 ( PDF , engelsk).
  • Manfred Euler: Kan du høre lys? Fotoakustiske eksperimenter i køkkenet . I: Fysik i vor tid . tape   32 , 2001, s.   180-182 , doi : 10.1002 / 1521-3943 (200107) 32: 4 <180 :: AID-PIUZ180> 3.0.CO; 2- # .

Individuelle beviser

  1. Bert M. Weckhuysen, Pascal Voort, Gabriela Catana: Spektroskopi af overgangsmetalioner på overflader. Leuven University Press, 2000, s. 170.
  2. ^ Måling af blodsukker med lys. eurekalert.org, 25. oktober 2013.