激光反应性光声光谱研究现状综述

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光声光谱的研究历程及进展A.G.Bell在1880年发现了固体光声效应，并向美国科学促进协会提出了一份关于光声仪的工作报告。1881年，他还研究了液体和气体的光声效应。同年J. Tyndall通过红外线的吸收，观测到气体的光声效应，W. Rontgen通过可见光和紫外线吸收也观测到气体的光声效应。在此之后，光声效应研究进展缓慢。直至1938年，M. L Viengerov利用光声现象研究了气体对红外光的吸收并测定了气体混合物各成分的浓度，将所用仪器定名为光声计。1943年Luft用两个光声池，发明了差示式自动气体分析仪。其后光声效应主要用于测定气体试样，直至l975年Maugh解决了研究固体和半固体物质的技术难题之后，光声学和光声技术在理论研究和实际应用方面都获得了迅速发展[8]。国内从70年代末开始光声光谱的研究工作，王文韵[9-10]等用光声光谱方法进行了大气污染检测、痕量气体分析和激光化学等领域的研究，邓延倬[11-13]等在光声光热方面做了大量的工作，提出了一种以样品前后表面反射的探测光束在远场形成干涉为基础的新的光热探测技术，并把此技术应用于测定光学材料特性、弱吸收样品的测量、微体积痕量分析以及毛细管电泳的在线检测等[14]。张淑仪等在光声理论和半导体、纳米材料光声光谱领域进行了深入的研究。63826

作为重要的分析和检测技术，光声检测技术具有灵敏度高、普适性强等特点，特别适合于强散射、非透明样品的检测[15]，光声技术目前已应用于物理、化学、生物医学[16-17]等许多领域。光声技术适用范围十分广泛，几乎适合于所有类型的材料，材料状态除气体、液体和固体外，还可以是粉末、无定形固体、冻胶、涂层和悬浮体[1]。

光声光谱法的迅速发展，衍生出了一些新的检测技术，如傅里叶变换光声光谱[18]，高信噪比的双光束激光光声光谱[19]，光声拉曼增益光谱（PARS）、无多普勒光声光谱、导数光声光谱[20]，光声显微镜[21-23]等。这些技术为光声光谱法更广泛的应用提供了新条件。例如用光声显微镜不仅可以测定物质的表面状态，而且还能得到物质内部状态的信息，例如不规则部分疵点、掺杂物浓度等。用傅里叶变换光声光谱法除可以研究物质的结构外，还可进行聚合物老化或氧化的研究，高聚物的取向、吸附物状态、表面深度分析和催化反应研究等[24]。论文网

2 激光反应性光声光谱的介绍及研究进展

光声光谱技术是在物质的光声效应基础上发展起来的一种检测技术。物质的光声效应可以简单地分为热光声波、相变光声波和化学反应光声波三种。其中热光声波就是传统的光声波，在光的作用下物质的物理结构和化学结构均不发生变化，热仅是通过简单的无辐射驰豫来产生，因此限制了该技术在快速物理和化学变化领域中的应用[7]。反应性光声光谱技术中，激光光束不仅可以激发固体的热声波，而且也有足够的能量导致固体样品发生相变和化学反应过程。

近年来，南京理工大学的研究人员开展了利用光声光谱技术研究凝聚相的快速物理和化学反应过程的工作。著名的R- G固体光声模型只能分析在检测过程中样品不发生相变和化学反应的光声谱图。沈瑞琪[25]建立的脉冲光声模型——固体化学反应的光声模型，较好地反映了凝聚相存在光化学反应的光声谱特征，该模型考虑了相变热和化学反应热对光声波的贡献。通过建立反应性固体光声模型，可以根据检测到的光声光谱分析样品的相变和化学反应动力学参数。在同一光声谱图上，可以同时反映出被测物的光谱特性、相变过程和化学反应过程，这项技术可以将光声光谱技术研究领域扩展开来，目前已经成功地检测到大量的相变、化学反应、热损伤和硅的反常光声放大效应等[7]。反应性光声光谱技术在完善波谱分折理论后将趋向成熟，具有很好的发展前途和应用前景，。