Language
Country/Area
No result found
Keajaiban Spektroskopi Fotoakustik: Bagaimana Alexander Graham Bell Menggunakan Sinar Matahari untuk Mengungkap Rahasia Suara
Pada tahun 1880, Alexander Graham Bell melakukan eksperimen yang sangat penting dalam sejarah sains, menemukan bahwa ketika seberkas sinar matahari dengan cepat diinterupsi oleh cakram berlubang yang berputar, cakram tipis tersebut menghasilkan suara. Eksperimen ini mengungkap hubungan yang luar biasa antara cahaya dan suara, yang seiring waktu berkembang menjadi teknologi spektroskopi fotoakustik saat ini. Inti dari teknologi ini adalah mengukur efek energi elektromagnetik yang diserap (terutama cahaya) pada materi, dan ini dicapai melalui deteksi suara.
Prinsip dasar efek fotoakustik adalah bahwa ketika cahaya diserap oleh suatu zat, pemanasan lokal menyebabkan pemuaian termal, yang pada gilirannya menghasilkan gelombang tekanan atau suara.
Penemuan Bell tidak terbatas pada cahaya tampak; ia juga menemukan bahwa suara dapat dihasilkan ketika bahan-bahan terkena bagian spektrum matahari yang tidak tampak, seperti cahaya inframerah dan ultraviolet. Dengan mengukur suara pada panjang gelombang cahaya yang berbeda, spektrum fotoakustik sampel dapat direkam, yang sangat penting untuk mengidentifikasi komponen penyerap sampel. Teknik ini dapat digunakan untuk mempelajari zat padat, cair, dan gas.
Aplikasi dan Teknologi
Spektroskopi fotoakustik modern telah menjadi sarana penting untuk mempelajari konsentrasi gas dan mampu mendeteksi sejumlah jejak gas hingga ke tingkat bagian per miliar atau bahkan bagian per seratus miliar. Meskipun detektor fotoakustik modern masih mengandalkan prinsip dasar Bell, beberapa perbaikan telah dilakukan untuk meningkatkan sensitivitas. Alih-alih menggunakan sinar matahari, laser yang kuat sekarang umum digunakan untuk menerangi sampel karena intensitas suara yang dihasilkan sebanding dengan intensitas cahaya. Teknik ini disebut spektroskopi fotoakustik laser (LPAS).
Peran telinga digantikan oleh mikrofon yang sangat sensitif, yang selanjutnya diperkuat dan dideteksi oleh penguat pengunci untuk meningkatkan sensitivitas.
Selain itu, sinyal suara dapat diperkuat lebih lanjut dengan membungkus sampel gas dalam rongga silinder dan menyesuaikan frekuensi modulasi dengan resonansi akustik rongga sampel. Penggunaan teknologi spektroskopi fotoakustik yang ditingkatkan dengan kantilever dapat lebih meningkatkan sensitivitas dan mencapai pemantauan gas yang andal.
Contoh
Sebuah contoh yang menunjukkan potensi teknologi fotoakustik terjadi pada tahun 1970-an, ketika para peneliti menggunakan detektor fotoakustik yang dibawa balon untuk mengukur perubahan temporal dalam konsentrasi oksida nitrat pada ketinggian 28 kilometer. Pengukuran ini memberikan data kunci untuk memahami masalah penipisan ozon yang disebabkan oleh emisi oksida nitrat yang disebabkan oleh manusia. Karya awal ini bergantung pada pengembangan teori RG oleh Rosencwaig dan Gersho.
Aplikasi
Salah satu kemampuan utama penggunaan FT-IR-PAS adalah kemampuan untuk mengevaluasi sampel in situ, yang dapat digunakan untuk mendeteksi dan mengukur gugus fungsi kimia dan bahan kimia, khususnya untuk sampel biologis, tanpa perlu penghancuran atau analisis kimia. Sampel kerang, tulang, dll. telah dipelajari. Aplikasi spektroskopi fotoakustik juga membantu mengevaluasi interaksi molekuler dalam tulang yang relevan dengan OI.
Sementara sebagian besar penelitian akademis difokuskan pada instrumentasi resolusi tinggi, instrumentasi berbiaya sangat rendah telah dikembangkan dan dikomersialkan selama dua dekade terakhir untuk aplikasi seperti deteksi kebocoran gas dan kontrol konsentrasi CO2. Biasanya menggunakan sumber panas berbiaya rendah dan dioperasikan dengan modulasi elektronik. Penggunaan membran semipermeabel daripada katup untuk pertukaran gas, mikrofon berbiaya rendah, dan pemrosesan sinyal hak milik menggunakan prosesor sinyal digital telah secara signifikan mengurangi biaya sistem ini.
Masa depan spektroskopi fotoakustik berbiaya rendah dapat dicapai dengan instrumen fotoakustik mikromekanis yang terintegrasi sepenuhnya. Metode fotoakustik juga telah digunakan untuk mengukur makromolekul seperti protein secara kuantitatif dengan menggunakan nanopartikel yang memancarkan sinyal akustik yang kuat untuk memberi label dan mendeteksi protein target. Analisis protein berbasis fotoakustik juga diterapkan dalam pengujian di tempat perawatan.
Selain itu, spektroskopi fotoakustik memiliki banyak aplikasi militer, seperti mendeteksi bahan kimia beracun. Sensitivitas spektroskopi fotoakustik menjadikannya teknik analisis yang ideal untuk mendeteksi sejumlah kecil bahan kimia yang terkait dengan serangan kimia. Sensor LPAS dapat digunakan secara luas dalam industri, keamanan (deteksi agen saraf dan bahan peledak) dan kedokteran (analisis napas).
Spektroskopi fotoakustik terus berkembang sejak Bell, menggabungkan optik dan akustik untuk membuka pintu baru bagi eksplorasi ilmiah. Seiring kemajuan teknologi, bagaimana para ilmuwan akan menggunakan teknologi ini untuk menjelajahi area yang tidak diketahui?
