Language
Country/Area
No result found
Please try again with a different
query
"Never
Stop
Questioning"
Магия фотоакустического спектра: как Александр Белл использовал солнечный свет, чтобы раскрыть секреты звука?
<р>
В 1880 году Александр Белл провел эксперимент, который можно назвать новаторским в истории науки. Он обнаружил, что, когда луч солнечного света быстро прерывался вращающимся диском с канавками, тонкий диск издавал звук. Этот эксперимент выявил невероятную связь между светом и звуком, и со временем этот принцип превратился в современную технологию фотоакустической спектроскопии. Суть этой технологии заключается в измерении воздействия поглощенной электромагнитной энергии (особенно света) на материю и достижении этого посредством обнаружения звука.
<р> Открытия Белла не ограничивались видимым светом: он также обнаружил, что материалы, подвергающиеся воздействию невидимых частей солнечного спектра, таких как инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, также производят звук. Измеряя звук при различных длинах волн света, можно записать фотоакустический спектр образца, что имеет решающее значение для идентификации поглощенных компонентов образца. Этот метод можно использовать для изучения твердых тел, жидкостей и газов.Основной принцип фотоакустического эффекта заключается в том, что когда свет поглощается веществом, локальный нагрев вызывает тепловое расширение, тем самым генерируя волны давления или звук.
Применение и технологии
<р> Современная фотоакустическая спектроскопия стала важным средством изучения концентрации газов, способным обнаруживать примеси газов на уровне одной части на миллиард или даже одной части на сто миллиардов. Хотя современные фотоакустические детекторы по-прежнему основаны на основных принципах Белла, в них было внесено несколько усовершенствований для повышения чувствительности. Вместо использования солнечного света для освещения образцов теперь обычно используются мощные лазеры, поскольку интенсивность производимого звука пропорциональна интенсивности света. Этот метод называется лазерной фотоакустической спектроскопией (LPAS).<р> Кроме того, окружив пробу газа цилиндрической полостью, звуковой сигнал можно дополнительно усилить за счет регулировки частоты модуляции в соответствии с акустическим резонансом полости пробы. Использование технологии фотоакустической спектроскопии с кантилевером может еще больше повысить чувствительность и обеспечить надежный мониторинг газов.Роль уха берет на себя высокочувствительный микрофон, который повышает чувствительность за счет дальнейшего усиления и обнаружения сигнала с помощью синхронного усилителя.
Примеры
<р> Пример потенциала фотоакустической технологии произошел в 1970-х годах, когда исследователи использовали фотоакустические детекторы, установленные на воздушных шарах, для измерения временных изменений концентрации оксида азота на высоте 28 километров. Эти измерения предоставляют ключевые данные для понимания разрушения озона, вызванного выбросами оксида азота человеком. Эта ранняя работа основывалась на развитии теории РГ Розенквэйга и Гершо.Приложение
<р> Одной из основных возможностей использования инфракрасной фотоакустической спектроскопии с преобразованием Фурье является возможность оценки образцов на месте. Ее можно использовать для обнаружения и количественного определения химических функциональных групп и химических соединений, особенно для биологических образцов, без необходимости дробления или химической обработки. Были изучены такие образцы, как ракушки и кости. Применение фотоакустической спектроскопии также помогло оценить молекулярные взаимодействия в кости, связанные с несовершенным остеогенезом. <р> Хотя большинство академических исследований было сосредоточено на приборах с высоким разрешением, за последние два десятилетия были разработаны и коммерциализированы очень недорогие приборы для таких приложений, как обнаружение утечек газа и контроль концентрации углекислого газа. Обычно используется недорогой источник тепла, который управляется посредством электронной модуляции. Использование полупроницаемых мембран вместо клапанов для газообмена, недорогих микрофонов, а также использование цифровых сигнальных процессоров для собственной обработки сигналов позволило существенно снизить стоимость этих систем. <р> Будущее недорогой фотоакустической спектроскопии может позволить создать полностью интегрированные микромеханические фотоакустические инструменты. Фотоакустические методы также использовались для количественного измерения крупных молекул, таких как белки, с использованием наночастиц, которые излучают сильные акустические сигналы для маркировки и обнаружения целевых белков. Анализ белков на основе фотоакустики также находит применение при тестировании на месте оказания медицинской помощи. <р> Кроме того, фотоакустическая спектроскопия имеет множество военных применений, например, для обнаружения токсичных химических веществ. Чувствительность фотоакустической спектроскопии делает ее идеальным аналитическим методом для обнаружения следовых количеств химических веществ, связанных с химическим воздействием. Датчики LPAS могут использоваться в широком спектре промышленных, охранных (обнаружение нервно-паралитических веществ и взрывчатых веществ) и медицинских (анализ дыхания) областей. <р> Технология фотоакустической спектроскопии продолжала развиваться со времен Bell, объединяя оптику и акустику, открывая новые двери для научных исследований. Поскольку технологии продолжают развиваться, как ученые будут использовать эту технологию для исследования неизвестных областей?Trending Knowledge
Революция в высотном детектировании: как измерить оксиды азота в стратосфере с помощью фотоакустической спектроскопии?
В 1960-х годах ученые впервые исследовали, как использовать фотоакустическую спектроскопию для точного измерения концентраций газов в верхних слоях атмосферы. Эта уникальная технология превратилась в
Чудесное сочетание лазера и звуковых волн: как улучшить чувствительность фотоакустического спектра?
Фотоакустическая спектроскопия — это метод измерения, который обнаруживает влияние поглощенной электромагнитной энергии (особенно света) на вещество посредством звуковых волн. В 1870 году Александр Гр