Spectrometria Fotoacustică

Spectroscopia este o ramură a fizicii care se ocupă cu studiul metodelor de obţinere a spectrelor, precum şi cu măsurarea şi interpretarea acestora [1].

Spectroscopia a presupus iniţial studiul interacţiunii dintre radiaţie şi materie în funcţie de lungimea de undă(λ). De fapt din punct de vedere istoric spectroscopia se referã la utilizarea luminii vizibile dispersate in funcţie de lungimea de undã de exemplu printr-o prismă.

Fig.1 Dispersia luminii care trece printr-o prisma triunghiulara

Mai târziu, conceptul a fost extins foarte mult cuprinzând orice măsurare, spectrometrie, a unei cantităţi, în funcţie de fiecare lungime de undă sau de frecvenţă . De asemenea, se poate referi la un răspuns la un câmp alternativ sau la o frecvenţă variabilă (ν) [2].

Spectroscopia fotoacusticã face parte din tehnicile fototermice utilizate pentru analiza unei mari varietăţi de probe. Este o tehnică nedistructivă, care nu necesită o prelucrare specială a probei [3].

Folosindu-se metodele de amplificare specifice semnalelor acustice, s-a reuşit obţinerea unor raporturi semnal-zgomot şi performanţe analitice remarcabile [4,5].

Spectroscopia fotoacusticã se bazeazã pe efectul fotoacustic. Descoperirea efectului fotoacustic dateazã din 1880 cand Alexander Graham Bell a arãtat cã discurile subţiri emit sunete atunci când sunt expuse la un fascicul de luminã solarã care a fost întrerupt rapid cu un disc cu fante (chopper).

chopper

Energia absorbitã de la lumina soarelui este transformatã în energie cineticã a probei prin procese de schimb de energie. Acest lucru duce la încalzire localã, si astfel, la o undã de presiune care poate fi detectată ca sunet. Mai târziu, Bell a arătat că materialele expuse la radiaţii din domeniul IR sau UV ale spectrului pot de asemenea sã producã sunete. Prin măsurarea sunetului la diferite lungimi de undă , poate fi înregistrat un spectru photoacoustic a unui eşantion, care poate fi utilizat pentru a identifica componentele absorbante ale probei.

Efectul fotoacoustic poate fi folosit pentru studiul solidelor , lichidelor şi gazelor [6,7,8].

Graham Bell a propus un aparat denumit de el “spectrofon” in scopul examinãrii spectrelor de absorbţie a corpurilor aflate in acele portiuni ale spectrului care nu aparţin domeniului vizibil. Acest aparat s-a dovedit ulterior a fi un instrument de analiză cu aplicaţii multiple.

Fig. 2 Spectrofon

Acest intrument s-a bazat pe experimentele lui Bell pentru transmiterea sunetelor fãrã un cablu de conexiune [9].

Spectroscopia fotoacusticã este o variantã indirectã a spectroscopiei de absorbţie ce nu mãsoarã lumina absorbitã de cãtre probã ci schimbarea stãrii termice a acesteia în urma procesului de absorbţie. Este tot o mãsurãtoare indirectã a luminii absorbite, cu singura deosebire cã mãrimea mãsuratã nu este una opticã. Modificarea ce are loc în probã este doar termicã, având ca şi consecinţă, modificarea: presiunii sau densitatii probei.

Deşi se poate utiliza orice sursa luminoasa din domeniul UV-VIS sau IR, în zilele noastre, sursele preferate au devenit laserele, din douã motive:

- semnalul fotoacustic este proporţional cu creşterea de temperaturã a probei, deci depind de energia absorbitã, respectiv de pulsul de energie primit de acestea (laserele asigurã intrarea unei mari cantitãţi de energie).

- pentru multe aplicaţii, selectivitatea metodei depinde de monocromacitatea radiaţiei incidente,