光声光谱仪的原理及应用

光声效应

放在密闭容器里的试样，当用经过斩波器调制的强度以一定频率周期变化的光照射时，容器内能产生同与斩波器频率的声波。这一现象称为光声效应[3]  。

光声效应描述的是光与物质之间的相互作用，即当一束调制或脉冲激光照射到组织样品上时，

位于组织体内的吸收体在吸收光能后出现局部热膨胀，从而产生超声波将光能转换成声能，形成外传超声波，这种超声波容易被置于组织体周围的超声探测器所接收。在入射激光波长不断改变的过程中，探测器所接收到的光声信号的强弱也将会随着吸收体的吸收谱发生对应的改变，从而获得相应的光声信号谱，原理如图1所示。这种光能转换成声能的能 力，不仅取决于光子特性，而且也体现了被测物质的热学性质（导热性、热扩散率、比热等）及光谱学性质，因此，能够通过对光转换成声的能力大小的探测来确定物质的热学性质和光谱学性质。

光声光谱

当物质吸收光收到激发后，返回初始态可通过辐射跃迁或无辐射跃迁。前一过程产生荧光或磷光，后一过程则产生热。因为吸收光强呈周期性变化，容器内压力涨落也呈周期性。当试样是气体或液体时，其本身就是压力介质。由于调制光的频率一般位于声频范围内，所以这种压力涨落就成为声波，从而能被声敏元件所感知。声敏元件所感知的声波信号经同步放大得到的电信号为光信号。若将光声信号作为入射光频率的函数记录下来，就可获得光声光谱图。

    应用

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。

光声光谱学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。光声技术在不断发展，已出现适用于气体分析的二氧化碳激光光源红外光声光谱仪 ，适用于固体和液体分析的氙灯紫外-可见光声光谱仪 ，以及傅里叶变换光声光谱仪。光热偏转光谱法、光声拉曼光谱法、光声显微镜、激光热透镜法及热波成像技术都在迅速发展。光声光谱技术在物理、化学、生物学、医学[8]  、地质学、材料科学、智能电网中变压器在线监测等方面得到广泛应用