Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Фотоакустикалық спектроскопия – электромагниттік энергияның (әсіресе жарықтың) заттарға тигізетін әсерін акустикалық байқау арқылы өлшеу әдісі. Фотоакустикалық эффект 1880 жылы Александр Грэм Беллдің айналмалы тесіктермен жылдам тоқтатылған күн сәулесінің әсерінен жұқа дискілерден дыбыс шығатынын көрсетуімен ашылды. Жарықтан сіңірілген энергия жергілікті қыздыруға алып келеді, одан термиялық кеңею пайда болады, ол қысым толқынын немесе дыбысты тудырады. Кейін Белл күн спектрінің көрінбейтін бөліктеріне (атап айтқанда, инфрақызыл және ультракөк сәуле) ұшыраған материалдар да дыбыс шығара алатынын көрсетті. Үлгінің фотоакустикалық спектрін жарықтың әртүрлі толқын ұзындықтарындағы дыбысты өлшеу арқылы тіркеуге болады. Бұл спектр үлгідегі сіңіретін құраушыларын анықтау үшін қолданылады. Фотоакустикалық эффектті қатты денелерді, сұйықтықтарды және газдарды зерттеуге пайдалануға болады.
Photoacoustic spectroscopy is the measurement of the effect of absorbed electromagnetic energy (particularly of light) on matter by means of acoustic detection. The discovery of the photoacoustic effect dates to 1880 when Alexander Graham Bell showed that thin discs emitted sound when exposed to a beam of sunlight that was rapidly interrupted with a rotating slotted disk. The absorbed energy from the light causes local heating, generating a thermal expansion which creates a pressure wave or sound. Later Bell showed that materials exposed to the non visible portions of the solar spectrum (i. e., the infrared and the ultraviolet) can also produce sounds. A photoacoustic spectrum of a sample can be recorded by measuring the sound at different wavelengths of the light. This spectrum can be used to identify the absorbing components of the sample. The photoacoustic effect can be used to study solids, liquids and gases.
Қолдану және техника
Фотоакустикалық спектроскопия газдардың концентрациясын миллиардқа бөлігінен (ppb) тіпті триллионға бөлігінен (ppt) дейін зерттеуге мүмкіндік беретін қуатты әдіс болып табылады. Естіген органның орнына сезімтал микрофондар қолданылады. Микрофон сигналдары одан әрі күшейтіліп, фазалық синхронды күшейткіштер арқылы анықталады. Газды сынаманы цилиндр тәрізді камераға орналастыру арқылы, дыбыс сигналы сынама жасушасының акустикалық резонансына сәйкес модуляция жиілігін таңдау арқылы күшейтіледі. Кентливерді пайдалану арқылы фотоакустикалық спектроскопияның сезімталдығын одан әрі арттыруға болады, бұл газдарды ppb деңгейінде сенімді мониторингтеуге мүмкіндік береді.
Photoacoustic spectroscopy has become a powerful technique to study concentrations of gases at the part per billion or even part per trillion levels. The ear has been replaced by sensitive microphones. The microphone signals are further amplified and detected using lock in amplifiers. By enclosing the gaseous sample in a cylindrical chamber, the sound signal is amplified by tuning the modulation frequency to an acoustic resonance of the sample cell. By using cantilever enhanced photoacoustic spectroscopy sensitivity can still be further improved enabling reliable monitoring of gases on ppb level.
Мысал
Төмендегі мысал фотоакустикалық техниканың мүмкіндіктерін көрсетеді: 1970 жылдардың басында Патель және оның әріптестері 28 км биіктіктегі стратосферада азот оксидінің концентрациясының уақыт бойынша өзгеруін шармен тасымалданған фотоакустикалық детектор арқылы өлшеді. Бұл өлшемдер адамның жасаған азот оксидінің шығарылысынан озон қабатының азаюы мәселесіне қатысты маңызды деректерді ұсынды. Алғашқы жұмыстардың бір бөлігі Розенквайг және Гершоның RG теориясын жетілдіруге сүйенді.
The following example illustrates the potential of the photoacoustic technique: In the early 1970s, Patel and co workers measured the temporal variation of the concentration of nitric oxide in the stratosphere at an altitude of 28 km with a balloon borne photoacoustic detector. These measurements provided crucial data bearing on the problem of ozone depletion by man made nitric oxide emission. Some of the early work relied on development of the RG theory by Rosencwaig and Gersho.
Қолданбалар
FTIR фотоакустикалық спектроскопиясын қолданудың маңызды мүмкіндіктерінің бірі – сынамаларды өздерінің ішкі жағдайында инфрақызыл спектроскопия арқылы бағалау мүмкіндігі, осы арқылы химиялық функционалдық топтарды және, демек, химиялық заттарды анықтап, сандық өлшеуге болады. Бұл, әсіресе, ұнтақтап немесе химиялық өңдеулерге жатқызбай бағалауға болатын биологиялық сынамалар үшін өте пайдалы. Теңіз қабықтары, сүйектер және осындай сынамалар зерттелді. Фотоакустикалық спектроскопияны қолдану остеогенез имперфектасы бар сүйектегі молекулалық өзара әрекеттесулерді бағалауға көмектесті. Ғылыми зерттеулердің көп бөлігі жоғары ажыратымдылықтағы құралдарға бағытталған, бірақ кейбір жұмыстар кері бағытта жүргізілді. Соңғы жиырма жылда ағып кетуді анықтау және көмірқышқыл газының концентрациясын бақылау сияқты қолданулар үшін өте төмен құнмен жасалған құралдар жасалып, коммерцияландырылды. Әдетте, электрондық түрде модуляцияланатын арзан жылу көздері қолданылады. Газ алмасу үшін клапандардың орнына жартылай өткізгіш дискілер арқылы таралу, арзан микрофондар және цифрлық сигналды өңдеу процессорларымен меншікті сигнал өңдеу осы жүйелердің құнын төмендетті. Фотоакустикалық спектроскопияның төмен құнды қолдануларының болашағы – толық интеграцияланған микрожүйелік фотоакустикалық құралдарды жасау болуы мүмкін. Фотоакустикалық тәсіл макромолекулаларды, мысалы, ақуыздарды сандық өлшеу үшін пайдаланылды. Фотоакустикалық иммуноанализ нанобөлшектерді қолдана отырып, мақсатты ақуыздарды белгілейді және анықтайды, олар күшті акустикалық сигналдар тудырады. Фотоакустикалық негіздегі ақуыз талдауы сондай-ақ жедел диагностикалық тесттерде де қолданылды. Фотоакустикалық спектроскопияның әскери саласында да көптеген қолданыстары бар. Мұндай қолданулардың бірі – улы химиялық заттарды анықтау. Фотоакустикалық спектроскопияның жоғары сезімталдығы оны химиялық шабуылдармен байланысты іздік химиялық заттарды анықтау үшін өте қолайлы талдау әдісіне айналдырады. LPAS сенсорларын өнеркәсіпте, қауіпсіздікте (нервтік агенттерді және жарылғыш заттарды анықтау) және медицинада (демік талдауы) қолдануға болады.
One of the important capabilities of using FTIR photoacoustic spectroscopy has been the ability to evaluate samples in their in situ state by infrared spectroscopy, which can be used to detect and quantify chemical functional groups and thus chemical substances. This is particularly useful for biological samples that can be evaluated without crushing to powder or subjecting to chemical treatments. Seashells, bone and such samples have been investigated. Using photoacoustic spectroscopy has helped evaluate molecular interactions in bone with osteogenesis imperfecta. While most academic research has concentrated on high resolution instruments, some work has gone in the opposite direction. In the last twenty years, very low cost instruments for applications such as leakage detection and for the control of carbon dioxide concentration have been developed and commercialized. Typically, low cost thermal sources are used which are modulated electronically. Diffusion through semi permeable disks instead of valves for gas exchange, low cost microphones, and proprietary signal processing with digital signal processors have brought down the costs of these systems. The future of low cost applications of photoacoustic spectroscopy may be the realization of fully integrated micromachined photoacoustic instruments. The photoacoustic approach has been utilized to quantitatively measure macromolecules, such as proteins. The photoacoustic immunoassay labels and detects target proteins using nanoparticles that can generate strong acoustic signals. The photoacoustics based protein analysis has also been applied for point of care testings. Photoacoustic spectroscopy also has many military applications. One such application is the detection toxic chemical agents. The sensitivity of photoacoustic spectroscopy makes it an ideal analysis technique for detecting trace chemicals associated with chemical attacks. LPAS sensors may be applied in industry, security (nerve agent and explosives detection), and medicine (breath analysis).