Оптико-акустическая спектроскопия

ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ (а. optical-and- aсоustic spectrosсоpy; н. optisch-akustische Spektroskopie, Photo-Akustik-Spectroskopie, Photoakustische; ф. spectrosсоpie optiсо-aсоustique; и. espec- trosсоpia optica-acustica) — раздел оптической спектроскопии, основанный на оптико-акустическом эффекте, заключающемся в возникновении акустических колебаний в образце при облучении его модулированным на звуковой частоте излучением (УФ, видимым, ИК).

Оптико-акустическая спектроскопия позволяет исследовать слабо- и сильнопоглощающие вещества в любом агрегатном состоянии (в количестве несколько см3 — для газов, микролитров — для жидких, миллиграммов — для твёрдых образцов), в большом диапазоне коэффициент поглощения (от 10-7 до 106 см-1 в случае конденсированных сред и от 10-10 см-1 в случае газов), в широком температурном интервале от 4 до 1000 К. При анализе твёрдых образцов отсутствуют ограничения на их форму и структуру, мало влияние эффектов, связанных с рассеянием света, возможно проведение послойного анализа и обнаружение включений с разрешением по глубине от десятых долей микрометра до десятых долей миллиметра. Оптико-акустический эффект возникает за счёт преобразования части поглощённой энергии в тепловую, что приводит к образованию акустических колебаний в самом образце либо соприкасающемся с ним газе. Регистрация акустических колебаний непосредственно в веществе осуществляется пьезоэлектрическим датчиком (жидкие и твёрдые образцы) или микрофоном (газы).

Оптико-акустическая спектроскопия с микрофонной регистрацией акустических колебаний в соприкасающемся с твёрдым или жидким образцом газе получила название фотоакустической спектроскопии. Зависимость регистрируемого сигнала от длины волны излучения представляет собой оптико-акустический спектр.

Число полос в оптико-акустическом спектре, их интенсивность, положение, ширина определяются структурой и химическим составом поглощающего излучение образца и зависят от его агрегатного состояния, температуры, давления и другого, а также частоты модуляции излучения. Поэтому оптико-акустические спектры можно использовать для определения строения молекул и количественного анализа (линейная зависимость регистрируемого сигнала от концентрации определяемого соединения).

Метод оптико-акустической спектроскопии характеризуется низкими пределами обнаружения: до нескольких молекул на 1011 (газы), n•10-11г/мл (жидкости), n•10-10г (твёрдые образцы). Оптико-акустическая спектроскопия применяется для определения (в т.ч. дистанционного) неорганических и органических соединений (аммиак, оксиды углерода, азота, метан и др.) в газах, при изотопном анализе газов и т.д. Метод оптико-акустической спектроскопии (как неразрушающий) используется для определения включений в рудах, минералах, при анализе углей, битумов и других сильнопоглощающих материалов.

Рубрики: Наука