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光声光谱技术

光声光谱技术

光声效应的产生首先必须要有光的吸收。

气体光声检测技术本质上基于气体红外吸收理论，它对气体的检测依赖于气体的红外特征吸收谱线，其定量测量则更是以气体的红外吸收定律为基础的。

光声光谱技术在实现方式上与红外吸收技术不同，其主要区别在于，虽然入射能量也是以光谱光子的形式出现，但对光子与被测材料相互作用的研究，并非依靠对某些光子(透射光子或散射光子)的检测和分析，而是根据声信号间接测量材料与光束相互作用后所吸收的能量。

光声光谱技术是一种理想的无背景噪声信号技术，具有较高灵敏度和良好选择性。

与传统光谱分析方法不同，光声光谱技术是监测物体吸收光能后产生的热能中以声压形式表现出来的那部分能量，即使在高反射弱吸收的情况下，吸收能也可被微音器检测。

与其它气体检测方法相比较，光声光谱技术的主要优点是：长期稳定性好、灵敏度高；不消耗气样，如载气、标气；检测时间短，便于现场检测；适于多种气体成分的检测；系统结构简单。

原理：密闭在光声池中的气体分子吸收特定频率ν 的入射光后由基态E0跃迁至激发态E1，两能级间的能量差为E1- E0 = hν。

受激分子与周围气体分子相碰撞，由激发态返回至基态，并将吸收的光能通过无辐射弛豫过程转变为碰撞分子间的平移动能，具体表现为气体温度升高，即加热。

当入射光强度受到频率ω的调制时，加热过程将产生周期性变化。

根据气体热力学定律，周期性温度变化产生同周期压力波动，即声波，此声波可通过安装在光声池上的微音器或压电陶瓷传声器检测，并将其转换成电信号，即光声信号，该信号的产生过程称为光声效应。

光声信号的大小与气体浓度成正比，通过检测该信号值便可得到被测气体的浓度。

能级跃迁所需能量不同，故需不同波长电磁辐射使其跃迁，即在不同光谱区出现吸收谱带。

电子能级跃迁对应吸收光谱在紫外区和可见光区；原子振动能级跃迁对应于近红外区和中红外区；分子转动能级跃迁对应于远红外区和微波区。

应用光声光谱法检测气体浓度主要利用分子红外光谱。

光声效应与光声光谱

光声效应与光声光谱

光声效应光声效应是在1880年由A.G.贝尔发现的。

机理：当物质受到光照射时,物质因吸收光能而受激发，然后通过非辐射消除激发的过程使吸收的光能（全部或部分）转变为热。

如果照射的光束经过周期性的强度调制，则在物质内产生周期性的温度变化，使这部分物质及其邻近媒质热胀冷缩而产生应力（或压力）的周期性变化，因而产生声信号，此种信号称光声信号。

光声信号的频率与光调制频率相同，其强度和相位则决定于物质的光学、热学、弹性和几何的特性。

光声光谱技术。

由于光声效应中产生的声能直接正比于物质吸收的光能，而不同成分的物质在不同光波波长处出现吸收峰值，因此当具有多谱线（或连续光谱）的光源以不同波长的光束相继照射样品时，样品内不同成分的物质将在与各自的吸收峰相对应的光波波长处产生光声信号极大值，由此得到光声信号随光波波长改变的曲线称为光声谱。

光声光谱实际上代表物质的光吸收谱，因此利用光声效应可以检测物质的组分。

由此研制成功一种新的光谱分析的工具──光声光谱仪，它广泛用于气体及各种凝聚态物质的微量甚至痕量分析。

由于它的检测灵敏度高，特别是由于它对样品材料没有限制，不论透明或不透明、固体或半固体（包括粉末、污迹、乳胶或生物样品等）都可以进行分析，从而成为传统光谱技术的补充和强有力的竞争者。

光声光谱是直接探测无辐射跃迁过程的唯一手段，70年代以来已发展成一个专门的研究领域，研究对象涉及物理、化学、生物、材料等学科，并且能给半导体工业和微电子工业的研究提供一种新的研究和检测手段。

光声光谱直接测量光束与材料相互作用后所吸收的热量，显然，它是光谱技术与量热技术组合。

同传统的光谱技术相比较。

光声光谱技术具有下列特点：（1）直接测量光束与材料相互作用后所吸收的热量；（2）对散射光不敏感；（3）样品本身就是电磁辐射的检测器。

光声光谱技术本身的特点使得它能胜任传统光谱技术难于完成或不能完成的某些工作，如：（1）直接探测无辐射过程，更准确地得到量子效率的数据；（2）因为对散射光不敏感，可以获得强散射物质(如粉末、非晶固体、冻胶和胶体等)的吸收光谱；激发态寿命；甚至完全不透明材料的吸收光谱；（3）因为不依赖于光子检测技术，可以得到弱吸收材料的光谱信息；（4）可以进行各种非波谱学的研究，如测定材料的热学和弹性性质；研究化学反应；测定多层结构和薄膜的厚度等；（5）因为对样品无特殊要求，可以方便地应用于各个领域，如凝聚态物理、化学、生物学、医学研究等；（6）不需光电器件，因而不必改变检测系统就可以在很宽的波长范围工作。

光声成像简介ppt课件

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在浅表层血管成像、早期肿瘤探测、脑部成像等方面有广阔的应用前 景
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
几种光声成像系统
单元探测器环形扫描 全线圆性环阵阵列列扫扫描描
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本实验的目的及意义
用单元探测器环形扫描的光声成像系统对模拟样品 及活体小鼠头进行成像，目的是得到小鼠的脑皮层光声 图像，达到从中分辨出脑血管的效果；并且为实验系统 的改进提供参考
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延迟叠加算法
• 用声速乘以传播时间反推像素点位置 r=c×t
• 对每个扫描步添加相应的时间延迟，对于每一个像素点 将每一步得到的像素值叠加作为最终的像素值
Sm(t)N n01s(tcrn)
•对不同传播距离的点进行声程补偿
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• 通过示波器显示的波形调整系统的设置
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• 在LabVIEW前面板显示采集到的信号
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光声光谱的原理与应用李子忠-PPT课件

光声光谱的原理与应用李子忠-PPT课件

对半导体材料，用光声光谱可以直接观测到直接和间接带的 跃迁，图3、图4为光声光谱研究半导体材料的一些例子。 （图3来自文献：Adams M.J.et al.，Analyst，101， 1199(1976)73；图4来自文献：Rosene waigA.， Anal.chem.，47，6(1975)592A）
图5是光声光谱研究绝缘体Cr2O3的例子（来自文献：A.罗森 威格著，王耀俊等译.光声学和光声谱学.北京:科学出版社， 1986.161.201~205，216~235）
• 其中曲线a表示3粉末在300k归一化的 光声光谱，b是厚度为4um的Cr2O3晶体在 300k的吸收光谱，c是Cr2O3粉末在300k的 漫反射光谱。从光谱图中都观察到Cr3+离子 在600nm和460nm的两个晶体场谱带，光 声谱比漫反射谱分辨得更清楚。
图2.线链一维导体K2Ir2（CO4）Cl5的光声光谱
• 图2是线链一维导体K2Ir2（CO4）Cl5的光声光谱 。这个化合物类似许多其他一维导体，只能以细 粉状形式存在，因而不容易用通常的光谱法加以 研究。图2表示，在K2Ir2（CO4）Cl5中的无定位 导带是一个强而宽的红外吸收带，在紫外一可见 光区的吸收带是由定位的Ir离子跃迁引起的。用光 声光谱研究这类不寻常化合物的吸收光谱，以获 得关于它们的电子结构的新资料，已引起人们很 大兴趣。
图8.薄板层析斑点的光谱（来自文献： Rosenewaig A:Anal Chem1976，47(4):592A)
• 图8为五种不同的化合物经TLC分离，直接 用光声技术鉴定在200nm-400nm范围内得 到的光声光谱。这五种化学物质是(1)硝基 苯胺，(2)苄叉丙酮，(3)水杨酸，(4)萘满酮 ，(5)芴酮。与右边的相应的溶液吸收光谱 相比，两者十分相似.

3. 光声光谱

3. 光声光谱

光声光谱成像光声光谱成像是一种基于光声效应建立的混合模式生物医学成像方法。

在光声成像中需要用纳秒脉冲激 光照射成像部位，部分激光被吸收后在组织内部产生超声波，用超声换能器探测超声波的强度。

由于不同 类型或不同状态的组织对激光的吸收光谱不同(如血红蛋白浓度、血氧饱和度、正常组织与癌变组织等都 会呈现不同的吸收光谱特征)，通过调谐激光波长、探测超声波随激光波长的变化，可以测量生物组织内 部的生理和病理信息。

图1氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的吸收光谱图2光声成像原理示意(-⅛- wo) n① 8uo=。

1J=x ①」BOWMolar extinction coefficient vs. wavelength104 103300400 500 600 700 800 900 1000 Wavelength(nm). Ultrasonic 『 detection Thermal Acoustic expansion waves Absorption Image formationLaserpulse光声成像具有无电离辐射、无造影剂、组织穿透性好、特异性好、实时性强的优势，在临床诊断领域被寄予厚望，应用领域包括：（1）人体组织成像，包括乳房、哨卫淋巴结、皮肤、甲状腺、眼睛、前列腺（经直肠）、卵巢（经阴道）的无损成像；（2）胃肠道、膀胱、循环肿瘤细胞（体内流式细胞术）的微创内窥镜成像；（3）术中肿瘤边缘和（淋巴结）转移成像。

如图3所示的是乳腺的光声成像和超声波成像对比实验模拟图超声图像光声图像图3光声成像在临床应用的原理图：乳腺的实时光声/超声成像诊断近红外纳秒脉冲激光具备穿透深度大、吸收特异性明显的特征，在光声成像中广泛使用。

先锋可以为您提供丰富的光声用近红外可调谐/多波长激光器。

1. OPOTEK Phocus系列高能量纳秒脉冲激光器PHOCUS SERIEST UNABLE L ASER S YSTEMS FOR P HOTOACOUSTIC I MAGINGPHOCUS系列为OPOTEK公司专门针对光声成像研发的（）P（）激光器。

中考物理复习：声和光ppt 通用

中考物理复习：声和光ppt 通用
1、利用光的直线传播规律解释
（1）影的形成：如立竿见影。
（2）针孔成象：如树影下的光斑。 （3）日食、月食。 （4）其它：如激光准直，射击时瞄准等。
思考： 在排纵队时，如果你看到自己前面的一位同 学挡住了前面所有的人，队就排直了，这可以用 光__的__直__线__传__播__来解释。
2、利用光的反射定律解释
（3）已知入射光线和反射光 线，画出平面镜。
关键：确定法线的位置：法线垂直于镜面且在 入射光线和反射光线夹角的平分线上。
作法：
注意：
1、画光线时不能漏了箭头，画平面镜时应在 镜背面画上短斜线。
2、应注明反射角等于入射角。 思考： 右图是宇航员在月球上放置的 一种称为“角反射器”的光学装置， 目的是为了精确测量月球与地球间 的距离。该装置由两块连在一起的 互相垂直的平面镜S1、S2组成。从地面发出的激光 沿ab方向入射到S1上。试在图中作出经S1、S2反射 后的光线。
思考：
右图中，OB是一束光线由空气 射到水面时的反射光线，请在 图中 画出入射光线和折射光线的大致方 向。
B O 50°
40°
空气
水
6、根据透镜的光学特性作图 关键：记住每种透镜的三条特殊光线。
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
注意： 1、一条入射光线对应一条折射光线。 2、箭头不要漏画。
（二）解释现象类
S
作法二：
（3）已知平面镜、镜前一发光 点S及另一点A，作出由S点发出经 S 平面镜反射后过A点的光线。
关键：
A
1、理解符合题意的光线有且
只有一条。
2、假设A点是眼睛。
S

光声光谱ppt

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Chongqing University
国内外研究现状
1996年，同一个小组的F.G..C.Bjinen等人，进一步优化设计了基于二 氧化碳激光器的内腔式光声光谱检测系统，（乙烯）检测灵敏度达到 了6ppt。 1997年，Zuckermann等人利用基于CO激光器的光声光谱系统研究 了红辣椒的乙醛产生过程。同年，他利用光声光谱技术对一些微生物 固氮作用进行了研究。 1998年，Frans Harren等人利用光声光谱技术研究了紫外线照射人体 的损伤程度与皮肤的乙烯释放量之间的关系。同年， F.Kuhnemann 等人设计了一套基于光参量振荡器的光声光谱系统，对乙烷的检测灵 敏度达到了0.5ppb量级。
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Chongqing University
国内外研究现状
2005 年Yang等成功地将小角度滤波反投影应用于多元快速光声成像。 2006年，Milton B.Filho等人使用脉冲式中红外10um分布式回馈量子级联 激光器测量氨气，极限灵敏度达到30ppb。同年，C.K.N.Patel等人用可调 谐外腔式量子级联激光器测量NO，灵敏度达到0.5ppb。 2006年Yang 2006 Yang 等建成了集激发和探测于一体的光声成像系统，该系统使用 方便，已用于手臂血管的层析扫描，得到了清晰的血管图像。同年，Su 等 利用光声成像技术对离体老鼠头和兔子耳朵的血管进行了成像。 2007年Xiang等在国际上首次将光声成像技术应用于肿瘤光动力治疗过程 的监测和疗效评估。同期，Zeng等又利用小波变换改进滤波反投影算法， 有效地提高了光声成像的抗噪声能力，并将光声成像技术用于脑血管成像。
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光声腔
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Chongqing University

光声光谱的原理与应用李子忠PPT课件

光声光谱的原理与应用李子忠PPT课件
LahmannW.et al.，Anal.Chem.，49， 4(2977)
第20页/共23页
• 在某些化合物中，去激化的一种方式是经过光化学反应。图10是Cooper 蓝(2，2一二甲基一4一苯基一6一对硝基苯基一1，3-二氮双环已一3一烯) 的光声光谱。这种物质在暗处是无色的，但当暴露于短波长的光下时，就 转 为 深 蓝 色 。 图 1 0 ( a ) 为 C o o p e r 蓝 在 黑 暗 处 的 PA S 图 （ 主 要 是 吸 收 紫 外 光 ， 可 见 光 吸 收 很 弱 ） ; 曝 露 于 紫 外 光 片 刻 ， 立 即 进 行 第 二 次 PA S 实 验 ， 结 果 所 得(b)图与(a)图迥然蓝色产生的。再将此样品曝光，继续进行光化反应，并进 行第三次PAS实验，结果得(c)图。由于Cooper蓝吸收了紫外线的光子， 分子裂环产生中间化合物，再经光化反应，进一步分解，结果得(c)图。 上例说明，PAS法不仅可显示光化反应的发生，而且可为光化过程直接建 立活化光谱图(Activation spectrum)。而迄今为止，尚未能方便地用其 他方法建立光敏物质的有关活化光谱图资料。
第9页/共23页
图6.近红外光声光谱 (a)粉状纯高岭土(b)胱 氨酸
第10页/共23页
• 许多试样在紫外一可见光范围没有吸收，而在近红外区却有特 征的光声光谱。地球化学样品纯高岭土H4Al2Si2O4(不规则的) 和生物化学样品氨基酸一胱氨酸在红外光谱范围内具有几乎所 有的吸收带，不论是泛音或综合带，包括氢的伸张振动。纯高 岭土的光声光谱如图6(a)所示，其中1.4和1.9um的吸收带是游 离的、非离解的水的吸收带，而2.2um的谱带表示OH的综合带。 图6(b)表示胱氨酸红外光声光谱，1.4和1.9um吸收带仍然是由 样品中杂质水引起的。1.7um的吸收带是一NH或一CH伸张振 动的特性。

第六章 红外光声光谱

第六章 红外光声光谱
– 深色催化剂、煤及人发，橡胶、高聚物等难以制样 的样品, 古物表层等。 – 难以粉碎的块状固体和胶团，以及其它表面粗糙的 样品
光声光谱法（PAS）的发现
• 1880年，比尔（Bell）首先报导了光声效应，他发现当被调制 的太阳光聚焦到薄膜上时，膜会发出声音，后来发现在其他形 式的固体、液体和气体上也有类似的这种光声效应。 • 比尔的实验，其接收器是耳朵。 • 微音器的出现，提高了灵敏度。 • 1971年，Kreuzer和Palel利用连续可调红外激光器与高灵敏度 微音器组合成光声光谱装置，检测大气中低浓度的污染物，其 灵敏度比光电红外光谱仪高很多。 • 1973年，Rosencwaig设计了第一个商品PA非共振光声池。 • 1977年，第一台样机在匹兹堡展览会上展出，型号为6001PAS。 • 70年代末期，建立了FTIR-PAS。 • FTIR光谱仪的高光通量和多频光同时测定的优点，使PAS能用广 谱光源，并获得发展。
光声光谱？
• 很多材料在中红外波段不透明，不能直接透射分 析，常规的解决样品不透明的方法：
– 利用分析在近红外光谱范围的谐波和合成波的吸收谱带。 – 根据样品选用适当的红外光谱附件和相应的测量方法。
• 漫反射光谱法——特别适用于粉末样品，但
– (1)对于表面光滑的样品也有问题; – (2)像硬塑料扣、头发丝等很难研成粉末； – (3)样品制备成粉末使样品形态不可逆。
c、情况Q3，对热传导来说厚的样品（μs<<b; μs<Lβ）
R-G理论表达式中的Q简化为
Q = −iβμ s ( μ s / K s ) y / 2a '
• 和T3情况一样，PA信号将正比于β，而 调制关系正比于ω-1 。
五、光声池的最优化设计

光声光谱讲座

光声光谱讲座

exp( exp( s
sl) exp( sl) l) exp( sl)
exp
i(t
2
)
Pb (t)
P0 I 0
2lg ag asT0ks
1
exp
exp( sl) exp( sl)
i(t
2
)
exp( sl) exp( sl)
exp( sl) exp( sl)
4 2lg kbT0
f
t
1 4
))
(2) μβ>l, μs>l, μs<μβ (3) μβ>l, μs<l, μs<<μβ (4) μβ<<l, μs>>l, μs>>μβ
1
( )( ) exp(i( (1i)(gb )2 P0I0 l
4 2lg kbT0
f
t
1 4
))
1
( )( (i) g 2sP0I0 3
ag = 2πμg = 0.1厘米
（f=100Hz）
exp(-2π)<<1
(t )
(1/
2
g
)
2 0
g
ac (x,t)dx
(1/
2
2
)
exp[
it
1 4
]
气体活塞的位移可由理想气体定律简单估算：
x(t)
2
g
(t )
T0
g
2T0
exp[i(t
1 4
)]
光声池中剩余气体对边界层的响应
绝热近似：
μμSS
2ag ks
(6)
Q
is 2ag
( s ks
)Y

变压器光声光谱

变压器光声光谱

变压器油中气体在线监测技术是以油中溶解气体为监测对象，应用该技术可及时掌握变压器的运行状况，发现和跟踪存在的潜伏性故障。

配合计算机系统对故障进行诊断，可以避免部分灾难性事故，实现状态检修、降低维护成本、提高自动化程度，提高变电站运行管理水平。

近年来，油中溶解气体在线监测技术研究应用发展迅速，应用气体传感器开发研制小型气体检测装置，已成为新的发展趋势，目的在于实现对变压器油中溶解气体进行在线监测，随时掌握设备的运行状况。

油溶气体变压器油是天然石油经过蒸馏精炼而成的一种矿物油，由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成，其中碳、氢两种元素占总重量的95％以上，分子中含有-CH3、-CH2和-CH化学基团，由C-C键连接在一起，当放电或温度过高时，某些C-H键和C-C键断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳基化合物的自由基，这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合，形成氢气和低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固体颗粒以及碳氢聚合物(即x腊)。

故障初期，所形成的气体溶解于油中，当故障能量较大时，也可能聚集成游离气体，低能量放电性故障，如局部放电通过离子反应，促使最弱的C-H键断裂，主要重新化合成氢气而积累。

C-C键的断裂需要较多的能量，即较高的温度，然后迅速以C-C键、C=C键和C≡C键的形式重新化合成烃类气体，所需要的能量越来越高，即故障温度也越来越高。

虽然在温度较低时也有少量乙烯生成，但乙烯主要是在高于甲烷、乙烷的温度，即大约500℃下生成。

乙炔一般在800℃-1200℃下生成，而且当温度降低时反应迅速被抑制，作为重新化合的稳定产物而积累，因此虽然在较低的温度下有时也会有少量乙炔产生，但乙炔主要是在电弧的弧道中产生。

变压器油起氧化反应时伴随生成少量的一氧化碳和二氧化碳，并且能长期积累，成为数量显著的特征气体。

固体绝缘的主要成分是纤维素，纤维素具有很高的强度和弹性，机械性能良好，其分子内含有大量的无水右旋糖环，以及弱的C-0键，它们的热稳定性比油中的碳氢键差，并且能够在较低的温度下重新化合。

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应用二、 应用二、气体检测
变压器油中溶解气体分析是判断油浸式电力变压 器早期潜伏性故障最方便、最有效地方法之一。
13 Chongqing University
应用三： 应用三：光声成像
在生物组织的光声成像中，通常使用非电离辐射（如激光 或微波脉冲）照射组织。根据光声效应，组织吸收电磁能量并 产生热膨胀，从而激发出兆赫兹级的超声波（光声波）。光声 波携带了组织的电磁吸收分布特性，使用超声换能器探测到光 声波后，就可采用相应的图像重建算法计算出组织内部的电磁 吸收分布图像。 以上过程可分为以下3个步骤：1、脉冲光辐照生物组 织，组织内吸收体吸收光能量；2、基于热弹性机制的光致 超声过程；3、本地光声信号的外传与探测。
−10
2004 年Yin 和Zeng 等采用多元线性阵列探测器相控聚焦光声成像方法， 实现了高分辨率的模拟组织光声成像。 2005年，英国Kelman公司推出基于光声光谱的变压器油中气体检测分 析仪。同年，Anatoliy A.Kosterev等人应用石英增强光声光谱的方法 （QEPAS），用一个微型的石英音叉代替麦克风，有效地屏蔽了外界 噪声，对氨气的检测灵敏度达到了650ppb。
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光声腔
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光声腔
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应用一： 应用一：样品物理量参数测定
1977年，Adams和Kirkbright，首次采用光声相位 测定了铜片的热扩散率 1978-1980年 Teng.Y.C（美）等，利用光声相位 和振幅信息得到样品的绝对吸光系数 1980年，Quimby R.S等提出利用光声相位测定量 子效率 1983年，Virokuorv，光声相位法测得钢质式样的 热扩散率，并发现相位差主要来源于三个方面。
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国内外研究现状
2005 年Yang等成功地将小角度滤波反投影应用于多元快速光声成像。 2006年，Milton B.Filho等人使用脉冲式中红外10um分布式回馈量子级联 激光器测量氨气，极限灵敏度达到30ppb。同年，C.K.N.Patel等人用可调 谐外腔式量子级联激光器测量NO，灵敏度达到0.5ppb。 2006年Yang 2006 Yang 等建成了集激发和探测于一体的光声成像系统，该系统使用 方便，已用于手臂血管的层析扫描，得到了清晰的血管图像。同年，Su 等 利用光声成像技术对离体老鼠头和兔子耳朵的血管进行了成像。 2007年Xiang等在国际上首次将光声成像技术应用于肿瘤光动力治疗过程 的监测和疗效评估。同期，Zeng等又利用小波变换改进滤波反投影算法， 有效地提高了光声成像的抗噪声能力，并将光声成像技术用于脑血管成像。
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国内外研究现状
2001年，大连理工大学于清旭等人设计了基于差频激光源的光声光 谱检测系统。 2002年，荷兰Nijmegen大学的光声光谱小组利用光参量振荡器搭建 的光声光谱系统将乙烷的检测灵敏度提高到了10ppt水平。 2003年，大连理工大学杨晓龙等，采用激光腔内光声光谱技术通过 levenberg-Marquardt拟合方法处理实验数据。 2003 年Wang 等利用光声成像技术清晰地探测到活体小鼠脑血管的 分布， 并得到了脑实质病损的清晰成像。同年Yao 等提出并证实了 一种有效的原位光声信号检测方法。
LOGO
基于光声光谱的检测技术
Chongqing University g
主要内容
1
光声光谱的概念
2
光声光谱检测基本原理
3
光声光谱的应用
4
国内外研究现状
2
ห้องสมุดไป่ตู้
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光声光谱
光声效应（1880年，美，A.G.Bell）：光（电磁波） 照射于物质时，物质吸收电磁波能量产生热，周期 性热流使周围的介质热胀冷缩，从而激发出声波。 光声效应的本质是能量转换。 光声光谱（photoacoustic spectroscopy）： 一种基于光声效应发展起来的光谱技术。 当光声腔内样品受到一束调制后的单色光照射时， 以无辐射弛豫方式将吸收的光能部分或全部地转换 成热，样品受热体积膨胀，产生以光源为中心向外 扩展的压力波，用置于其中的声波传感器便可接收 到声音（光声）信号。 优点：高灵敏度、高选择性、大动态检测范围。
闻：指听气息、闻气味
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应用二、 应用二、气体检测
乙烯是植物的一种气体激素，植物的各部分都会产生乙烯。 通过检测乙烯释放量的变化情况已经成为分析植物生成情况的重 要手段。气体光声光谱检测法的检测灵敏度高，可以连续实时测 量。
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国内外研究现状
上个世纪60年代末，激光的大功率、单色性好，高灵敏度麦克风以及 相位敏感的锁相检测方法的出现极大地提高了光声光谱的检测灵敏度。 1971年，Kreuzer等，用一台氦氖激光器检测氮气中甲烷含量，测量 精度达到了0.01ppm，并且他从理论上分析了光声光谱的检测极限可 达到 10−13 量级。 1973年，Robin等人将高功率氙灯光源与单色仪联用构可调谐光源， 测定了从紫外到可见光范围内气体和固体的吸收光谱。 1982年，同济大学声学教研室设计了一种低频耦合共振光声池。 1990年，F.J.M.Harran，J.Reuss设计了基于二氧化碳激光器的腔内 吸收光声光谱仪，（乙烯）灵敏度达到了20ppt。
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国内外研究现状
1996年，同一个小组的F.G..C.Bjinen等人，进一步优化设计了基于二 氧化碳激光器的内腔式光声光谱检测系统，（乙烯）检测灵敏度达到 了6ppt。 1997年，Zuckermann等人利用基于CO激光器的光声光谱系统研究 了红辣椒的乙醛产生过程。同年，他利用光声光谱技术对一些微生物 固氮作用进行了研究。 1998年，Frans Harren等人利用光声光谱技术研究了紫外线照射人体 的损伤程度与皮肤的乙烯释放量之间的关系。同年， F.Kuhnemann 等人设计了一套基于光参量振荡器的光声光谱系统，对乙烷的检测灵 敏度达到了0.5ppb量级。
国内外研究现状
1880年，美，A.G.Bell 发现薄膜片（固体）的光声效应 。 1881年，A.G.Bell等发现了气体和液体的光声效应。 1938年，苏联，Viegerov，世界上第一台测量气体浓度的光声光谱装 置。 1943年，Luft利用一个载有已知浓度气体的光声池作为参考，对另一 光声池中未知浓度的气体进行差分检测，得到了ppm量级的极限检测 灵敏度。 1946年，Gorelik提出测量光声信号的相位能够用来研究气体分子振 动态到平动态的弛豫过程。 1968年，Kerr和Atwood等人检测了空气中水分子的吸收光谱。
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应用二： 应用二：气体探测
甲烷，1700ppb 臭氧，10-100ppb 乙烯，10ppb
二氧化硫，1-100ppb
氮氧化物，310ppb
大气气体成分检测
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应用二、 应用二、气体检测
微量气体释放与 人类疾病的关系 越来越受到医学 界的关注。
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2006，脉冲式中红外 DFB &可调谐外腔式 量子级联激光器
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光声腔
光声腔是光声光谱检测装置最为核心的部分， 光声腔是一个装有传声器、放置被测样品的密闭 腔体。其实质就是“光-热-声”的转换器。 设计光声腔的一般要求： 1、良好的声屏蔽，减少外界环境的噪音影响； 2、尽量避免激发光与池壁或传感器直接作用， 以减少杂散噪声； 3、尽可能增强样品的辐射光强或增强池内的 声共振，提高信噪比。
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国内外研究现状
2004年，哈尔滨工业大学王书涛等，用光纤相位传感器代替了微音器 检测光声信号，对二氧化硫的最低检测灵敏度达到了 1.2 ×10 。同年， Yury A.Bakhirkin等人使用中红外5.2um量子级联激光器测量CO，灵敏 度达到10ppb。
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应用三： 应用三：光声成像
可见，光声成像技术检测的是超声信号，反映的是 光能量吸收的差异。所以它同时具备了纯光学成像和超 声成像二者的优点。在保证一定成像深度的同时又具有 高对比度和高空间分辨率。 截至目前，光声成像技术尚未运用于临床。
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光声光谱检测基本原理
辐射源、光声池、探测器是光声光谱检测系统的核心部分。
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辐射源
1880年，太阳
1968，红 宝石激光器
1973，氙灯+单 色仪，可调谐
2001，基于差频 激光器光源
辐射源
1938年电热丝 1971年，氦 氖激光器 1997，CO激 光器