Language
Country/Area
No result found
Kombinasi menakjubkan gelombang laser dan suara: Bagaimana cara meningkatkan sensitivitas spektrum fotoakustik?
Spektroskopi fotoakustik adalah metode pengukuran yang mendeteksi efek energi elektromagnetik yang diserap (terutama cahaya) pada materi melalui gelombang suara. Pada tahun 1870, Alexander Graham Bell pertama kali menemukan efek fotoakustik dan menunjukkan bahwa lembaran tipis mengeluarkan suara saat terkena semburan sinar matahari yang terputus-putus dengan cepat. Energi cahaya yang diserap ini secara lokal memanaskan material, menyebabkan pemuaian termal, yang pada gilirannya menyebabkan gelombang tekanan atau suara. Bell kemudian menunjukkan bahwa bagian tak kasatmata dari spektrum matahari (seperti inframerah dan ultraviolet) juga dapat memancarkan suara. Spektroskopi fotoakustik merekam spektrum fotoakustik sampel dengan mengukur suara yang dihasilkan oleh cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda. Spektrum ini digunakan untuk mengidentifikasi komponen yang diserap dalam sampel.
Efek fotoakustik dapat digunakan untuk mempelajari zat padat, cairan, dan gas.
Pemanfaatan dan Teknologi
Spektroskopi fotoakustik modern merupakan teknik canggih yang dapat mempelajari konsentrasi gas pada tingkat bagian per miliar (ppb) atau bahkan bagian per triliun (ppt). Meskipun detektor fotoakustik modern masih mengandalkan prinsip Bell, beberapa perbaikan telah dilakukan untuk meningkatkan sensitivitas. Tidak seperti sinar matahari, laser yang kuat kini digunakan untuk menerangi sampel. Karena intensitas suara yang dihasilkan sebanding dengan intensitas cahaya, teknik ini disebut spektroskopi fotoakustik laser (LPAS). Telinga tradisional telah digantikan oleh mikrofon sensitif yang sinyalnya ditingkatkan dan dideteksi menggunakan penguat lock-in. Sampel gas dimasukkan ke dalam rongga silinder, dan sinyal suara diperkuat lebih lanjut dengan menyesuaikan frekuensi modulasi dengan resonansi akustik rongga sampel. Dengan menggunakan spektroskopi fotoakustik yang ditingkatkan kantilever, sensitivitas dapat ditingkatkan lebih lanjut, sehingga memungkinkan pemantauan gas yang andal.
Potensi penggunaan spektroskopi fotoakustik terletak pada kemampuannya untuk melakukan evaluasi in situ tanpa merusak sampel.
Analisis contoh
Pada awal tahun 1970-an, Bartel dan rekan kerjanya menggunakan detektor fotoakustik statis untuk mengukur perubahan konsentrasi oksida nitrat di stratosfer pada ketinggian 28 kilometer. Pengukuran ini memberikan data penting tentang penipisan ozon akibat emisi oksida nitrat antropogenik. Dalam beberapa penelitian awal, hal ini didasarkan pada pengembangan teori Rosenkweig dan Gilesho (teori RG).
Ruang Lingkup Aplikasi
Kemampuan penting spektroskopi fotoakustik FTIR adalah kemampuan untuk mengevaluasi sampel dalam keadaan in situ, yang dapat digunakan untuk mendeteksi dan mengukur gugus fungsi kimia dan dengan demikian mengidentifikasi spesies kimia. Hal ini khususnya berguna untuk sampel biologis, yang dapat dievaluasi tanpa perlu dihancurkan menjadi bubuk atau menjalani pemrosesan kimia. Sampel seperti kerang dan tulang telah dipelajari. Aplikasi spektroskopi fotoakustik telah membantu mengevaluasi interaksi molekuler intraoseus yang terkait dengan osteogenesis imperfekta.
Sementara sebagian besar penelitian akademis selama dua dekade terakhir berfokus pada instrumentasi resolusi tinggi, ada juga pengembangan ke arah yang berlawanan, dan instrumen berbiaya sangat rendah telah diam-diam memasuki pasar.
Dalam beberapa tahun terakhir, banyak sumber panas berbiaya rendah telah dimodulasi secara elektronik, pertukaran gas melalui membran semipermeabel, mikrofon berbiaya rendah, dan teknologi pemrosesan sinyal digital yang dipatenkan telah secara signifikan mengurangi biaya sistem tersebut. Aplikasi spektroskopi fotoakustik berbiaya rendah di masa mendatang dapat memungkinkan instrumen fotoakustik mikromesin yang terintegrasi sepenuhnya.
Metode fotoakustik telah digunakan untuk mengukur molekul besar seperti protein secara kuantitatif. Imunoassay fotoakustik memberi label dan mendeteksi protein target dengan menggunakan nanopartikel yang menghasilkan sinyal akustik yang kuat. Analisis protein berdasarkan teknologi fotoakustik juga digunakan dalam pengujian di tempat perawatan.
Spektroskopi fotoakustik juga memiliki banyak aplikasi militer, salah satunya adalah pendeteksian 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 dalam bidang industri, keamanan (deteksi agen saraf dan bahan peledak) dan medis (analisis napas) serta bidang lainnya.
Seiring perkembangan teknologi, sensitivitas dan akurasi spektroskopi fotoakustik terus meningkat. Akankah kita dapat menemukan dampak potensial aktivitas manusia terhadap kesehatan lingkungan di masa mendatang?
