高二物理競賽光聲光譜(PAS)課件

光聲光譜(PAS)

1.光聲光譜特點光聲光譜法對于不透明﹑高反射﹑高散射固體試樣（包括粉末），可直接測定，不需處理樣品。適用于食品檢測。傳統(tǒng)分光光度計難以測量具有下面特點的樣品的吸收光譜，*強吸收、高分散的樣品*制樣困難的樣品*必須進行無損分析的樣品傳統(tǒng)的吸收光譜是相對測量，光聲光譜是直接測量，因而靈敏度高。樣品可以是固體、液體和氣體。

光聲光譜(PAS)實驗證實Cerenkov線譜輻射的存在D1D2鈉蒸汽色散曲線低密度高密度

源2.28MeV電子能量強度～Fermi函數(shù)鈉蒸汽電子探測器電子源光子探測器角度θ(度）20406080080160表觀光子數(shù)濾光片Na蒸氣中的線譜輻射工作意義1.細(xì)致了解光子－原子作用機制，Γ、f

量子光學(xué)計算.2.超光速。Cs原子氣體反常色散區(qū)，群折射率.3.慢光速，信息存儲.4.鈉原子團負(fù)熱容量－基質(zhì)隔離.1.21.41.658905890.15889.95889.958905890.112吸收系數(shù)α(λ)?折射率n(λ)?

科學(xué)家對宇宙射線中能量高于10的20次方電子伏特的高能粒子特別有興趣。這些高能粒子的切倫科夫輻射集中在電磁光譜中的微波區(qū)域。1962年，俄國科學(xué)家Askaryan曾預(yù)測高能粒子撞擊到致密的物質(zhì)時，會以強烈的脈沖方式發(fā)射同調(diào)切倫科夫輻射，此即為Askaryan效應(yīng)。DavidSaltzberg等科學(xué)家為驗證Askaryan效應(yīng)，利用史丹佛直線加速器(SLAC)的FinalFocusTestBeam將γ射線射入沙箱，產(chǎn)生預(yù)期中的同調(diào)微波，于是科學(xué)家進而將兩具噴射推進實驗室的射電望遠(yuǎn)鏡指向月球。他們預(yù)期當(dāng)宇宙射線中的微中子撞擊到月球背面，進入月球表層的土壤時，會產(chǎn)生在月球正面可觀測到的切倫科夫光，至目前為止，儀器讀數(shù)顯示測得的信號來自遙遠(yuǎn)的類星體(quasar)，科學(xué)家仍期待會發(fā)現(xiàn)由月球產(chǎn)生的微波脈沖，如此即可利用月球做為宇宙射線的偵測器了。

切倫科夫輻射在高能物理中，常應(yīng)用于帶電粒子的量測，科學(xué)家在地面上一直利用此原理，以深水檢測器來進行宇宙射線(cosmicray)的研究，東京大學(xué)在岐阜神岡町建造一座蓄有100萬公噸的純水蓄水槽，來觀察這些純水是否會出現(xiàn)切倫科夫輻射；建在南極洲的介子與微中子偵測器數(shù)組AMANDA(AntarcticMuonandNeutrinoDetectorArray)亦為類似的計劃。

光聲光譜原理樣品吸收光能無輻射躍遷（熱效應(yīng)，紅外波段）、發(fā)光衰減(可見和紫外光波段）化學(xué)變化(紫外光波段)入射光

樣品吸收光能后，有三種方式釋放能量，即無輻射躍遷（熱效應(yīng)）、發(fā)光衰減和化學(xué)變化。在不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的場合下，通常只有前兩個過程發(fā)生，二者存在相互競爭、制約的關(guān)系。就氣體分子而言，在紅外波段，分子吸收光能而處于振動激發(fā)態(tài)，然后主要以無輻射躍遷的方式將振動能轉(zhuǎn)化為平動能，輻射躍遷的幾率很??；在可見和紫外光區(qū)，分子吸收光能而處于電子激發(fā)態(tài)，電子態(tài)的熒光量子效率高，分子主要以發(fā)光衰減的方式釋放能量。所以在紅外區(qū)域，常用熱效應(yīng)研究光與物質(zhì)的相互作用和物質(zhì)的性質(zhì)；而在可見和紫外光區(qū)，則利用物質(zhì)的發(fā)射或吸收光譜。光聲效應(yīng)是指樣品吸收強度調(diào)制的光而激發(fā)起聲波的效應(yīng)，由Bell于1880年發(fā)現(xiàn)。如圖1.1所示，入射光照射裝有氣體樣品的密閉光聲池，如果光的波長與氣體的吸收線一致，則氣體分子吸收光子而處于激發(fā)態(tài)。分子間的相互碰撞使一部分受激分子通過無輻射躍遷過程而返回基態(tài)，激發(fā)能弛豫為平動能。宏觀上表現(xiàn)為池內(nèi)氣壓的增大。若入射光的強度被調(diào)制，則池內(nèi)壓力周期性起伏－即產(chǎn)生聲波，可由傳音器檢測。如果入射光的波長與氣體分子的吸收線不同，則氣體分子不被激發(fā)，池內(nèi)氣體不受強度調(diào)制的入射光的影響，傳音器無信號輸出。這樣連續(xù)改變強度調(diào)制的入射光的波長，同時記錄傳音器信號，便得到反映樣品吸收性質(zhì)的光譜光聲光譜。光聲技術(shù)基于檢測樣品無輻射躍遷過程中產(chǎn)生的熱量，是一種絕對測量方法；在弱吸收情況下，信號大小正比于入射光的強度，所以高功率密度的激光器是理想的光源。因此，自1968年以來，隨著激光器、高靈敏傳音器和弱信號檢測技術(shù)的發(fā)展，光聲光譜儀的探測靈敏度大大提高，在痕量分析、氣體分子高禁戒光學(xué)躍遷的記錄等弱信號檢測領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。

3.固體光聲效應(yīng)的傳聲器檢測理論－RG理論－即“活塞”模型Rosencwaig和Gersho提出了固體光聲光譜的活塞模型。凝聚態(tài)試樣吸收強度調(diào)制的光能而受到交變加熱，一部分熱能在試樣內(nèi)部擴散，另一部分熱能通過熱傳導(dǎo)而流入與它相接觸的氣體，使試樣－氣體界面上的氣體層交變加熱。由于熱波是一種衰減很快的波，所以只有與試樣相接觸的界面附近的氣體薄層才得到這種交變熱流而受到加熱。此薄層氣體由于交變加熱而振動，猶如一個振動活塞而向其余氣體發(fā)射聲波，其結(jié)果便在光聲腔內(nèi)激發(fā)出相應(yīng)的聲信號，由麥克風(fēng)記錄。掃描入射光的波長為橫坐標(biāo)，麥克風(fēng)記錄的信號為縱坐標(biāo)，便繪出光聲光譜。-(l+lb)-l0lgx麥克風(fēng)襯底b樣品s氣體邊界層氣體(空氣)g窗口入射光

應(yīng)用兩種葉綠素的光聲光譜,1(Chloro2phyll,2(Chlorophyllb)(1)吸收光譜區(qū)分兩種葉綠素(2)熱擴散率測定金屬

對比新鮮組織與自然風(fēng)干和經(jīng)特殊處理組織的等效熱擴散率,我們可以清楚地看到:經(jīng)過自然風(fēng)干和特殊處理后,組織的導(dǎo)熱性能相對于新鮮組織明顯下降,這是由于制備過程中組織的水分蒸發(fā)增加了樣品的不連續(xù)性以及脂類和蛋白質(zhì)變性增加了組織熱阻率導(dǎo)致熱阻增加的緣故.

對比自然風(fēng)干組織和經(jīng)過特殊處理后組織的等效熱擴散率,我們可以看出:組織經(jīng)過自然風(fēng)干后的等效熱擴散率略小于經(jīng)過特殊處理后的,這是由于經(jīng)過特殊處理后,組織的基本構(gòu)成與自然風(fēng)干組織的相同,但特殊處理過程中形成很多由空氣填充的空腔,這些空氣增加了特殊處理后生物組織的等效熱擴散率.另外,組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致處理后組織中填充空氣的情況也不相同,所以經(jīng)過特殊處理后各種組織間的熱擴散率差別比自然風(fēng)干的大.

特殊制作：材料中的水分被完全去除，各種有機物被固化。制作中組織仍然被盡量維持其細(xì)胞的基本形態(tài)結(jié)構(gòu),組織基本不發(fā)生皺縮的現(xiàn)象。薄膜材料光聲技術(shù)根據(jù)入射光的聲學(xué)節(jié)拍，它是產(chǎn)生指向復(fù)合薄膜的聲學(xué)節(jié)拍。當(dāng)聲學(xué)節(jié)拍撞擊表面及膜下界時，產(chǎn)生反彈回表面的回聲。這種回聲引起了反射率的輕微改變，該變化在硅片表面可被測得（見圖）。反彈回的脈沖回聲消耗的時間被用于計算薄膜厚度。wavelength()intensity類星體Q0000-398的發(fā)射線6.在地球上測量類星體Q0000-398的發(fā)射光譜，部分波段見下圖。圖中的光譜線靠近H原子的L。試問此光譜線是否是H原子電子躍遷產(chǎn)生的。1.用具體數(shù)據(jù)說明，可以用虎克定律定性描述多原子分子中的單個化學(xué)鍵。對晶格振動，如何直觀地定性描述？2.分子的