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激光與聲波的奇妙結合：如何提升光聲光譜的靈敏度？
光聲光譜學是一種透過聲波檢測吸收的電磁能量（特別是光）對物質影響的測量方法。1870年，亞歷山大·格雷厄姆·貝爾首先發現光聲效應，並證明薄片在接受快速中斷的陽光照射時會發出聲音。這種被吸收的光能使材料局部加熱，產生熱膨脹，隨即造成壓力波或聲音。貝爾後來進一步顯示，太陽光譜中不可見部分（如紅外線和紫外線）也能發出聲音。光聲光譜可以透過測量不同波長的光所產生的聲音來記錄樣品的光聲譜，這種譜用於識別樣品中吸收的成分。
光聲效應可以用來研究固體、液體和氣體。
用途與技術
現代光聲光譜學作為一種強大的技術，可以在每十億分之一（ppb）甚至每兆分之一（ppt）的水平上研究氣體的濃度。雖然現代光聲檢測器仍依賴於貝爾的原理，但為了提高靈敏度，做了一些改進。與陽光不同，現今使用強激光來照射樣品，因生成的聲音強度正比於光強度，這一技術稱作激光光聲光譜學（LPAS）。傳統的耳朵已被敏感的麥克風取代，麥克風信號經過增強後使用鎖相放大器檢測。將氣體樣品封閉在圓柱形腔體中，聲音信號透過調整調變頻率到樣品腔的聲學共振來進一步放大。通過使用懸臂梁增強的光聲光譜學，靈敏度可以進一步提高，實現對氣體的可靠監測。
使用光聲光譜學的潛力在於其可以在不破壞樣品的情況下進行在位（in situ）評估。
實例分析
1970年代初期，巴特爾及其合作者使用靜態光聲檢測器測量28公里高度平流層中一氧化氮的濃度變化。這些測量提供了關於人為一氧化氮排放導致臭氧耗損的重要數據。在一些早期研究中，基於羅森克韋格與吉爾斯霍理論（RG theory）的發展。
應用範疇
FTIR光聲光譜學的一個重要能力是能夠在樣品的在位狀態下進行評估，這可以用來檢測和量化化學功能組，從而識別化學物質。這對於生物樣品特別有用，可以在不需破碎成粉末或進行化學處理的情況下進行評估。貝殼、骨頭等樣品已被研究。光聲光譜學的應用幫助評估了與成骨不全相關的骨內分子相互作用。
在過去的二十年中，雖然大多數學術研究集中於高解析度儀器，但也有相反的方向發展，非常低成本的儀器已悄然進入市場。
近年來，許多低成本的熱源被電子調製使用，通過半透膜進行氣體交換，採用低成本的麥克風以及專有的數字信號處理技術，使得這類系統的成本大幅降低。未來低成本光聲光譜學的應用可能實現完整集成的微機械光聲儀器。
光聲方法已被用於定量測量大分子，如蛋白質。光聲免疫測定通過使用能產生強聲信號的納米顆粒來標註和檢測目標蛋白質。基於光聲技術的蛋白質分析也應用於即時檢測（point-of-care testing）。
光聲光譜學還有許多軍事應用，其中之一是檢測有毒化學劑。光聲光譜學的靈敏度使其成為檢測與化學攻擊相關的微量化學物質的理想分析技術。LPAS傳感器可以應用於工業、安保（神經毒劑和炸藥檢測）和醫學（呼氣分析）等領域。
隨著技術的發展，光聲光譜學的靈敏度和精準度不斷提高，未來我們可能能否發現人類活動對環境健康的潛在影響？
