fotoakustyka - Sebastian Gajos

FOTOAKUSTYKA
PAS – Photoacoustic Spectroscopy
Porządek prezentacji :
Historia
 Spektroskopia fotoakustyczna
 Zastosowanie
 Schemat aparatury pomiarowej
 Źródła optyczne
 Spektroskopia foto-termo-akustyczna
 Gazy, ciecze oraz ciała stałe
 Badania materiałów biologicznych
 Podsumowanie

Historia

Badania i wynalazki, które umożliwiły
powstanie oraz rozwój spektroskopii
fotoakustycznej :
Historia
Historia

W 1881 roku ukazały się publikacje trzech wybitnych fizyków na temat
zjawiska optoakustycznego. A mianowicie Bell, Tyndall i Röntgen donosili,
żę gaz zamknięty w puszce i naświetlany przerywaną wiązką świetlną
staje się źródłem dźwięków.
Zjawisko to jest podstawą metody badawczej zwanej
„Fotoakustyką”
Spektroskopia fotoakustyczna

Spektroskopia fotoakustyczna ma swoje
historyczne korzenie w latach
osiemdziesiątych XIX wieku kiedy to pierwsi
uczeni studiowali - 'efekt optoakustyczny'.

Zachodzi on gdy gaz zamknięty w komorze jest
oświetlany przez periodycznie modulowaną wiązkę
światła. Energia absorbowana przez gaz jest
zamieniana na energię kinetyczną jego molekuł,
przez co uzyskuje się fluktuacje ciśnienia
wewnątrz komory. Fluktuacje te uznano za fale
akustyczne.
Spektroskopia fotoakustyczna





Zamaiana energi fali optycznej
(fale elektromagnetyczne) na
energie mechaniczną
Generowanie stanów
wzbudzonych tzw elektronów
analitycznych
Procesy rekombinacji powoduja
powstanie energii
kinetycznej lyb cieplnej
Rejestracja energii
mechanicznej przez detektory
(mikrofony)
Rosencweig wykazał , że źródłem sygnału akustycznego jest periodyczny przepływ ciepła z próbki
absorbującej promieniowanie do gazu. W wyniku procesu bezpromienistego zostaje przekazane
ciepło i wzrasta ciśnienie gazu. Ponieważ natężenie promieniowania jest modulowane, więc
występują fluktuacje ciśnienia. To one są źródłem efektów akustycznych rejestrowanych za pomocą
mikrofonu.
Zastosowanie :
Badanie próbek w postaci :



Gazy
Ciała stałe, proszki
Ciecze, smary, żele
W fizyce ciała stałego fotoakustyka znajduje zastosowanie głównie w
pracach nad materiałami polikrystalicznymi oraz amorficznymi.
Wobec niszczącego charakteru metody może być ona stosowana w
medycynie czy biologii np. do oceny wzrostu kolonii bakterii,
rozróżniania rodzajów bakterii lub do badań tkanek nowotworowych. W
chemii posługując się metodą fotoakustyki można obserwować zmiany
zachodzące w polimerach, tworzywach sztucznych czy pigmentach.
Element badany determinuje rodzaj użytej
aparatury pomiarowej
Schemat aparatury
pomiarowej
Próbka jest naświetlana wiązką modulowaną. Rejestrowane widma akustyczne są
bardzo zbliżone do widm uzyskiwanych w spektroskopii optycznej.
Źródła optyczne
 Lampy
wolframowe (żarnikowe)
 Wysoko ciśnieniowe lampy Xenonowe
 Lampy kwarcowe
 Żarniki Nearnst’a
(bliska i średnia podczerwień)
 Lasery
Spektroskopia
foto-termo-akustyczna



Okienko z przezroczystego materiału bardzo dokładnie przylegające do
badanego materiału
Właściwości okienka – duża dylatacja termiczna
Próbka nagrzewając sie oddaje ciepło oknu, a to hałasuje.
Gazy - ciecze
Ciała stałe
W przypadku badań nad defektami struktury ciał stałych stosuje się metody
skanowania "punkt po punkcie" w celu uzyskania dwuwymiarowego rozkładu
amplitud sygnału fotoakustycznego dla różnych charakterystycznych
częstotliwości wzbudzonego dźwięku w zależności od długości fali światła
wzbudzającego.
Ciała stałe
Badania materiałów
biologicznych
Badania materiałów
biologicznych
Badania materiałów
biologicznych
Wykrywanie stanów nowotworowych
Podsumowanie




Fotoakustyka stanowi uzupełnienie metod
konwencjonalnych. Dotyczy to zarówno badań
wnętrza materiału, jak i powierzchni.
Badania wnętrza są możliwe, gdy powierzchnia nie
odbija zbyt silnie promieniowania wzbudzającego.
W badaniach powierzchni metoda dostarcza danych
o zaadsorbowanych lub chemisorbowanych
pierwiastkach. Stosowana jest ona do analizy
powierzchni metali, półprzewodników oraz izolatorów.
Metoda ta jest zalecana zwłaszcza do badania
materiałów amorficznych.
DOMINIK KANISZEWSKI & SEBASTIAN GAJOS