光聲光譜法

氣體探測在醫療診斷、食品製造、污染監測、火災預報等方面有着重要的應用。微量氣體探測技術的發展在這些應用領域中起重要作用。由於人們環境健康意識的提高以及環境變化的複雜性，傳統上使用的氣體探測系統不能滿足要求，因此對新的高性能氣體探測系統的研究越來越迫切。

在微量氣體探測方面有着高靈敏度、高選擇性的優勢，因此得到了國內外研究人員的重視。隨後也很快發現了液體和氣體中有着同樣的效應。但是由於當時缺乏適合的檢測設備，一直未能發展，直到20世紀80年代，由於激光器的應用，技術蓬勃發展 ^[1]  。

隨着半導體激光器和半導體微機械技術的發展，氣體探測系統向着小型化方向發展，以實現便攜式高性能的氣體探測系統。

用一束強度可調製的單色光照射到密封於池中的樣品上，樣品吸收光能，並以釋放熱能的方式退激，釋放的熱能使樣品和周圍介質按光的調製頻率產生週期性加熱,從而導致介質產生週期性壓力波動,這種壓力波動可用靈敏的壓電陶瓷檢測，並通過放大得到。若入射單色光波長可變，則可測到隨波長而變的圖譜，這就是光譜。若入射光是聚焦而成的細束光並按樣品的x-y軸掃描方式移動,則能記錄到信號隨樣品位置的變化，這就是成像技術。

光譜的設備及其原理如圖1所示。入射光為強度經過調製的單色光，光強度調製可用切光器。池是一封閉容器，內放樣品。圖1中所示的是固體樣品，樣品周圍充以不吸收光輻射的氣體介質，如空氣。若是液體或氣體樣品，則用樣品充滿池。對於氣體樣品，它配以電子檢測系統可測10-6℃的温升或10-9焦/（釐米3·秒）的熱量輸入。對於液體和固體樣品，最好採用與樣品緊密接觸的壓電陶瓷檢測器。

腔是光譜檢測儀器中最為核心的部分。它是一個放置被測樣品的密閉腔體。其實質就是

“光-熱”的轉換器。設計一般要求：

1，良好的屏蔽，沒有外界的干擾。

2，儘量避免激光與池壁或者傳感器的直接作用。

3，儘可能增強樣本的輻射光強，提高信噪比。

由於光譜測量的是樣品吸收光能的大小，因而反射光、散射光等對測量干擾很小，故光譜適於測量高散射樣品、不透光樣品、吸收光強與入射光強比值很小的弱吸收樣品和低濃度樣品等，而且樣品無論是晶體、粉末、膠體等均可測量，這是普通光譜做不到的。效應與調製頻率有關，改變調製頻率可獲得樣品表面不同深度的信息，所以它是提供表面不同深度結構信息的無損探測方法。

光譜學是光譜技術與量熱技術結合的產物，是20世紀70年代初發展起來的檢測物質和研究物質性能的新方法。技術在不斷髮展，已出現適用於氣體分析的二氧化碳激光光源紅外光譜儀 ，適用於固體和液體分析的氙燈紫外-可見光譜儀 ，以及傅里葉變換光譜儀。光熱偏轉光譜法、拉曼光譜法、顯微鏡、激光熱透鏡法及熱波成像技術都在迅速發展。