Фотоакустическая спектроскопия (PAS): принципы, технология и приложения

2. Фундаментальные принципы PAS

2.1 Фотоакустический эффект

Фотоакустический эффект представляет собой генерацию акустических волн после поглощения модулированного электромагнитного излучения (обычно инфракрасного, видимого или ультрафиолетового света) материалом.

2.2 Механизм

1. Модулированный источник света: Свет, часто из лазера, модулируется (импульс или нарезан) на определенной частоте.
2. Поглощение: Образец поглощает фотоны, увеличивая его внутреннюю энергию.
3. Нерадиативное расслабление: Поглощенная энергия преобразуется в тепло через молекулярные столкновения.
4. Тепловое расширение: Локализованное нагревание вызывает периодическое тепловое расширение и сокращение образца или окружающей среды.
5. Генерация волн давления: Эти тепловые колебания генерируют волны давления (звук).
6. Обнаружение: Волна давления обнаруживается микрофоном или пьезоэлектрическим датчиком и преобразуется в электрический сигнал.

2.3 Закон о пиве -ламберте

Интенсивность PAS регулируется Законом о пиве -ламберте, который связывает поглощение света с свойствами материала:

$$я={я}_0\cdot {\mathrm{эн}}^{-аЛ}$$

Где:

• ${я}_0$${\mathrm{<span\; style="font-family:\; Georgia,\; \text{'}Times\; New\; Roman\text{'},\; \text{'}Bitstream\; Charter\text{'},\; Times,\; serif;\; font-size:\; 16px;">\; :\; Интенсивность\; интенсивного\; света</span>}}_{}$
• $я$$\mathrm{<span\; style="font-family:\; Georgia,\; \text{'}Times\; New\; Roman\text{'},\; \text{'}Bitstream\; Charter\text{'},\; Times,\; serif;">\; :\; Интенсивность\; передачи\; света</span>}$
• $а$$\mathrm{<span\; style="font-family:\; Georgia,\; \text{'}Times\; New\; Roman\text{'},\; \text{'}Bitstream\; Charter\text{'},\; Times,\; serif;">:\; Коэффициент\; поглощения</span>}$
• $Л$$\mathrm{<span\; style="font-family:\; Georgia,\; \text{'}Times\; New\; Roman\text{'},\; \text{'}Bitstream\; Charter\text{'},\; Times,\; serif;">:\; Длина\; пути</span>}$

В PAS более сильное поглощение приводит к более сильному акустическому сигналу, что позволяет проводить количественный анализ.