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激光与声波的奇妙结合：如何提升光声光谱的灵敏度？
光声光谱学是一种透过声波检测吸收的电磁能量（特别是光）对物质影响的测量方法。 1870年，亚历山大·格雷厄姆·贝尔首先发现光声效应，并证明薄片在接受快速中断的阳光照射时会发出声音。这种被吸收的光能使材料局部加热，产生热膨胀，随即造成压力波或声音。贝尔后来进一步显示，太阳光谱中不可见部分（如红外线和紫外线）也能发出声音。光声光谱可以透过测量不同波长的光所产生的声音来记录样品的光声谱，这种谱用于识别样品中吸收的成分。
光声效应可以用来研究固体、液体和气体。
用途与技术
现代光声光谱学作为一种强大的技术，可以在每十亿分之一（ppb）甚至每兆分之一（ppt）的水平上研究气体的浓度。虽然现代光声检测器仍依赖于贝尔的原理，但为了提高灵敏度，做了一些改进。与阳光不同，现今使用强激光来照射样品，因生成的声音强度正比于光强度，这一技术称作激光光声光谱学（LPAS）。传统的耳朵已被敏感的麦克风取代，麦克风信号经过增强后使用锁相放大器检测。将气体样品封闭在圆柱形腔体中，声音信号透过调整调变频率到样品腔的声学共振来进一步放大。通过使用悬臂梁增强的光声光谱学，灵敏度可以进一步提高，实现对气体的可靠监测。
使用光声光谱学的潜力在于其可以在不破坏样品的情况下进行在位（in situ）评估。
实例分析
1970年代初期，巴特尔及其合作者使用静态光声检测器测量28公里高度平流层中一氧化氮的浓度变化。这些测量提供了关于人为一氧化氮排放导致臭氧耗损的重要数据。在一些早期研究中，基于罗森克韦格与吉尔斯霍理论（RG theory）的发展。
应用范畴
FTIR光声光谱学的一个重要能力是能够在样品的在位状态下进行评估，这可以用来检测和量化化学功能组，从而识别化学物质。这对于生物样品特别有用，可以在不需破碎成粉末或进行化学处理的情况下进行评估。贝壳、骨头等样品已被研究。光声光谱学的应用帮助评估了与成骨不全相关的骨内分子相互作用。
在过去的二十年中，虽然大多数学术研究集中于高解析度仪器，但也有相反的方向发展，非常低成本的仪器已悄然进入市场。
近年来，许多低成本的热源被电子调制使用，通过半透膜进行气体交换，采用低成本的麦克风以及专有的数字信号处理技术，使得这类系统的成本大幅降低。未来低成本光声光谱学的应用可能实现完整集成的微机械光声仪器。
光声方法已被用于定量测量大分子，如蛋白质。光声免疫测定通过使用能产生强声信号的纳米颗粒来标注和检测目标蛋白质。基于光声技术的蛋白质分析也应用于即时检测（point-of-care testing）。
光声光谱学还有许多军事应用，其中之一是检测有毒化学剂。光声光谱学的灵敏度使其成为检测与化学攻击相关的微量化学物质的理想分析技术。 LPAS传感器可以应用于工业、安保（神经毒剂和炸药检测）和医学（呼气分析）等领域。
随着技术的发展，光声光谱学的灵敏度和精准度不断提高，未来我们可能能否发现人类活动对环境健康的潜在影响？
