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 użytejaparatury 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

Spektroskopiafoto-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