SPECTROSCOPIA FOTOACUSTIC

I. Spectroscopia Este o ramur a fizici care se ocup cu: studiul metodelor de obinere a spectrelor, msurarea i interpretarea spectrelor. Din punct de vedere istoric spectroscopia se refer la utilizarea luminii vizibile dispersate in funcie de lungimea de und. Dispersia luminii printr-oprisma triunghiulara

II.Spectroscopia fotoacustic Spectroscopia fotoacustic face parte din tehnicile fototermice. Este o tehnic nedistructiv, care nu necesit o prelucrare special a probei. Spectroscopia fotoacustic este o variant indirect a spectroscopiei de absorbie ce nu msoar lumina absorbit de ctre prob ci schimbarea strii termice a acesteia n urma procesului de absorbie.

chopper

Spectroscopia fotoacustic se bazeaz pe efectul fotoacustic. Efectului fotoacustic a fost descoperit n 1880 cand Alexander Graham Bell a artat c discurile subiri emit sunete cnd sunt expuse la un fascicul de lumin solar, ntrerupt rapid cu un disc cu fante de rotaie (chopperul). Efectul fotoacoustic poate fi folosit pentru studiul solidelor , lichidelor i gazelor

Graham Bell a propus un aparat denumit de el spectrofon in scopul examinrii spectrelor de absorbie a corpurilor aflate in acele portiuni ale spectrului care nu aparin domeniului vizibil . Acest aparat s-a dovedit ulterior a fi un instrument de analiz cu aplicaii multiple. Spectrofon

Dei n spectroscopia fotoacustica se poate utiliza orice sursa luminoasa din domeniul UV-VIS sau IR, sursele preferate au devenit laserele, din dou motive: semnalul fotoacustic este proporional cu creterea de temperatur a probei; pentru multe aplicaii, selectivitatea metodei depinde de monocromacitatea radiaiei incidente, laserele furnznd astfel de radiaie.

1.Schema bloc a spectroscopiei fotoacustice

Etapele care se parcurg n orice instrument de spectroscopie fotoacustic sunt prezentate in figura alturat.

2.Schema de principiu a spectrometrului fotoacusticFereastr Celula fotoacustic Surs de Sursa radiaie de

Monocromator

Monocromator

Proba Unde acustice

radiaieModulator semnal (Chopper) Semnal referin

Detectorul fotoacustic Detector fotoacustic i amplificator i preamplificatorul Amplificator de Amplificator de blocaj blocajConvertor Convertor tensiune-frecven tensiune frecven

Semnal acustic

Analizor multicanal Analizor multicanal

Lungimea de und / nm

3.Elementele componente ale spectrometrului fotoacustic sursa de radiaie,

preamplificatorul,

monocromatorul, modulatorul de

amplificatorul de blocaj, controlerul modulatorului,

semnal (chopperul), convertorul tensiunefrecven, celula fotoacustic, detectorul fotoacustic, analizorul multicanal.

lampa de xenon

laserul pe baz de He-Ne

laser Nd-YAG

a. Sursa de radiaie Sursele de radiaie utilizate n construcia spectrofoanelor sunt surse de mare intensitate i anume: lampa de xenon, laserul pe baz de He-Ne, laserul acordabil cu CO2 (n domeniul IR al spectrului), laserul cu colorani, respectiv laserul Nd-YAG. Pentru domeniul IR se utilizeaz i lmpile nicrom cu incandescen.

Photoacoustic cell

b. Monocromator sau filtru: Pentru selectarea lungimii de und se utilizeaz monocromatoare cu reea sau filtre. c. Celula fotoacustic: Celula fotoacustic este din oel inoxidabil sau Teflon, pentru a reduce problemele pierderilor de gaze i const dintr-un rezonator acustic (conducta), ferestre, orificiile de admisie i de evacuare de gaze, i microfoane. Conine, de asemenea, la ambele capete un filtru acustic pentru a suprima zgomotul de curgere.

Detector acustic

d. Detector acustic: Detecia semnalului acustic furnizat de proba de analizat se realizeaz cu: microfoane convenionale cu condensator, microfoane electric, bazate pe un dielectric solid, cristal piezoelectric.

e. Sistem de modulare al radiaiei:n cazul utilizrii ca surs de radiaie a lampilor de Xe, lmpilor nicrom cu incandescen sau a laserelor pe baz de He-Ne sau dioxid de carbon, radiaia poate fi modulat mecanic cu un chopper. n cazul utilizrii ca surs de radiaie a laserului Nd-YAG cu frecvena de 20 Hz, modularea mecanic nu este necesar, aceasta fiind obinut chiar din modul de funcionare a laserului.

4.Principiul de functionare Proba de analizat este plasat n celula fotoacustic. Celula fotoacustic este nchis cu o fereastr adecvat pentru transmisia radiaiei de excitare. n celul este plasat detectorul acustic. Radiaia provenit de la sursa de radiaie, trece prin monocromator, unde se selecteaz lungimea de und.

Radiaia de excitare izolat de monocromator este modulat cu ajutorul chopperului la o frecven n domeniul 101000 Hz rezultnd un fascicul luminos pulsatoriu, care trece prin celula fotoacustic. Semnalele acustice sunt detectate de ctre detector i preamplificate.

Apoi sunt procesate de ctre amplificatorul de blocaj al crui semnal este convertit n uniti de frecven de ctre convertorul tensiune frecven. Dup amplificare, semnalul analogic provenit de la detector este nregistrat, n funcie de lungimea de und a luminii incidente.

5.Avantajele spectroscpiei fotoacustice Permite analiza probelor din cele trei stri de agregare n domeniul UV-VIS i IR; Este o metod nedistructiv i permite analiza direct a probelor solide; Se aplic att la analiza probelor solide compacte, ct i la cele n stare de pulbere, izolatoare, semiconductoare i conductoare; Se aplic att la probele lucioase sau transparente, ct i la cele opace,

Nu necesit amestecarea probei cu KBr, deci se minimalizeaz erorile rezultate din diluare i impurificarea probei Permite analiza direct a probelor lichide biologice cu compoziie foarte complex Permite analiza direct a unor sisteme biologice solide foarte complexe, cum sunt esuturile vegetale i animale Permite monitorizarea substanelor toxice

6.Aplicaii ale spectroscopiei fotoacustice Spectroscopia fotoacustic este o metod modern care se preteaz la analiza elementelor n urme. Este utilizat pentru analiza probelor gazoase, lichide i solide n domeniul UV-VIS i IR al spectrului.