Language
Country/Area
No result found
Hubungan menakjubkan antara cahaya dan suara: Bagaimana efek optoakustik terjadi?
Efek akustik optik, yang juga dikenal sebagai efek fotoakustik, menggambarkan fenomena gelombang suara yang dihasilkan oleh penyerapan cahaya di dalam sampel material. Fenomena ini bergantung pada perubahan intensitas cahaya, baik itu cahaya yang dimodulasi secara berkala atau kilatan cahaya berdenyut tunggal. Dengan detektor yang sesuai, seperti mikrofon atau sensor piezoelektrik, kita dapat mengukur perubahan gelombang suara, yaitu perubahan tekanan, dan mengukurnya sebagai sinyal fotoakustik. Teknik pengukuran ini telah membuktikan nilainya dalam banyak aplikasi, terutama dalam menganalisis sifat dan konsentrasi sampel, yang memungkinkan para ilmuwan untuk menggambar spektrum penyerapan yang tepat dan menggunakan denyut cahaya intens yang disediakan oleh laser untuk mendeteksi konsentrasi jejak. Meningkatkan sensitivitas.
Studi tentang efek fotoakustik tidak hanya memiliki dampak mendalam pada spektroskopi, tetapi juga berperan dalam reaksi fotokimia dan fotosintesis tanaman.
Fenomena ini bermula pada tahun 1880, ketika Alexander Graham Bell pertama kali bereksperimen dengan efek fotoakustik dan menemukan bahwa ketika seberkas cahaya terputus dengan cepat, sampel padat akan memancarkan gelombang suara saat menyerap energi cahaya. Saat itu, Bell menggunakan "fotofon"-nya untuk mentransmisikan suara dalam jarak jauh; dalam sebuah eksperimen, ia mengamati bahwa terputusnya seberkas cahaya akan menghasilkan gelombang suara, yang mengilhami eksplorasi fenomena fotoakustik selanjutnya. Seiring berjalannya waktu, studi tentang efek ini menjadi lebih matang dengan kemajuan teknologi dalam sensor sensitif dan sumber cahaya yang kuat, dan cakupan penerapannya menjadi semakin luas.
Mekanisme Fisik
Mekanisme utama efek fotoakustik adalah efek fototermal, yang merupakan ekspansi termal yang disebabkan oleh penyerapan cahaya oleh materi. Prosesnya secara kasar dapat dibagi menjadi beberapa tahap: pertama, radiasi cahaya yang berdenyut atau termodulasi diubah menjadi energi panas; kemudian, suhu berubah di lokasi penyerapan; kemudian, karena naik turunnya suhu, material mengembang atau menyusut, yang menyebabkan perubahan tekanan. Perubahan tekanan ini dapat dideteksi oleh sensor yang disambungkan langsung ke sampel.
Dalam kasus sampel fase terkondensasi, perubahan tekanan biasanya diukur dalam fase gas di sekitarnya dan perubahan ini sangat kecil karena difusi termal.
Selain efek fototermal, mekanisme lain yang terkait dengan reaksi fotofisika dan fotokimia juga dapat berkontribusi secara signifikan terhadap sinyal fotoakustik, terutama produksi gas dan perubahan organisasi molekuler yang terjadi selama fotosintesis. Ini menunjukkan bahwa pemahaman tentang berbagai mekanisme sangat penting saat menerapkan teknik fotoakustik.
Teknologi deteksi
Untuk menerapkanefek fotoakustik, para ilmuwan telah mengembangkan berbagai mode pengukuran. Untuk sampel gas atau sampel fase terkondensasi, mikrofon biasanya digunakan untuk mengukur perubahan tekanan pada fase gas di sekitarnya. Dalam kasus ini, sumber cahaya stimulus biasanya dinyalakan terus-menerus pada frekuensi tertentu, dan sinyal fotoakustik yang disimulasikan kemudian dianalisis menggunakan penguat lock-in. Pengukuran tekanan di dalam fase terkondensasi menggunakan sensor piezoelektrik yang dipasang pada sampel, yang memerlukan peralatan presisi tinggi untuk menangkap perubahan tekanan yang cepat.
Karakteristik sinyal fotoakustik bergantung pada banyak faktor, termasuk sifat fisik, mekanisme pembentukan sinyal, dan bahan penyerap cahaya yang digunakan. Untuk melakukan pengukuran yang akurat, para peneliti menghadapi tantangan dalam pemisahan sinyal dan analisis ketergantungan waktu, yang memerlukan kombinasi beberapa teknik dan metode.
Aplikasi: Dari spektroskopi hingga ilmu hayati
Efek fotoakustik memiliki berbagai aplikasi. Spektroskopi fotoakustik sangat berguna dalam pengukuran penyerapan cahaya pada sampel transparan karena mengatasi keterbatasan spektroskopi konvensional dan berhubungan langsung dengan penyerapan cahaya. Hal ini memungkinkan diagnosis yang akurat antara konsentrasi material yang tinggi dan rendah. Dalam kasus sampel buram, dengan menempatkan sensor di atas sampel untuk pengukuran, sinyal yang diperoleh berhubungan langsung dengan permukaan sampel dan penyerapan cahayanya.
Saat ini, teknologi fotoakustik digunakan untuk analisis terarah dan pengukuran kuantitatif molekul makroskopis lainnya seperti protein, yang menunjukkan potensi besar.
Selain itu, efek fotoakustik juga memainkan peran penting dalam penelitian fotosintesis, memberikan informasi tentang efektivitas mengubah energi cahaya menjadi energi kimia dan menghasilkan oksigen. Hal ini memungkinkan para ilmuwan untuk mendapatkan wawasan mekanistik tentang fotosintesis dan menentukan kesehatan tanaman melalui respons mereka terhadap perubahan lingkungan.
Secara keseluruhan, hubungan antara gelombang cahaya dan suara terus menghasilkan wawasan ilmiah mendalam yang mengubah cara kita memahami dan mempelajari dunia alam. Dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, dapatkah teknologi fotoakustik masa depan mengungkap lebih banyak misteri alam semesta kepada kita?
