高二物理竞赛光声光谱(PAS)课件

光声光谱(PAS)

1.光声光谱特点光声光谱法对于不透明﹑高反射﹑高散射固体试样（包括粉末），可直接测定，不需处理样品。适用于食品检测。传统分光光度计难以测量具有下面特点的样品的吸收光谱，*强吸收、高分散的样品*制样困难的样品*必须进行无损分析的样品传统的吸收光谱是相对测量，光声光谱是直接测量，因而灵敏度高。样品可以是固体、液体和气体。

光声光谱(PAS)实验证实Cerenkov线谱辐射的存在D1D2钠蒸汽色散曲线低密度高密度

源2.28MeV电子能量强度～Fermi函数钠蒸汽电子探测器电子源光子探测器角度θ(度）20406080080160表观光子数滤光片Na蒸气中的线谱辐射工作意义1.细致了解光子－原子作用机制，Γ、f

量子光学计算.2.超光速。Cs原子气体反常色散区，群折射率.3.慢光速，信息存储.4.钠原子团负热容量－基质隔离.1.21.41.658905890.15889.95889.958905890.112吸收系数α(λ)?折射率n(λ)?

科学家对宇宙射线中能量高于10的20次方电子伏特的高能粒子特别有兴趣。这些高能粒子的切伦科夫辐射集中在电磁光谱中的微波区域。1962年，俄国科学家Askaryan曾预测高能粒子撞击到致密的物质时，会以强烈的脉冲方式发射同调切伦科夫辐射，此即为Askaryan效应。DavidSaltzberg等科学家为验证Askaryan效应，利用史丹佛直线加速器(SLAC)的FinalFocusTestBeam将γ射线射入沙箱，产生预期中的同调微波，于是科学家进而将两具喷射推进实验室的射电望远镜指向月球。他们预期当宇宙射线中的微中子撞击到月球背面，进入月球表层的土壤时，会产生在月球正面可观测到的切伦科夫光，至目前为止，仪器读数显示测得的信号来自遥远的类星体(quasar)，科学家仍期待会发现由月球产生的微波脉冲，如此即可利用月球做为宇宙射线的侦测器了。

切伦科夫辐射在高能物理中，常应用于带电粒子的量测，科学家在地面上一直利用此原理，以深水检测器来进行宇宙射线(cosmicray)的研究，东京大学在岐阜神冈町建造一座蓄有100万公吨的纯水蓄水槽，来观察这些纯水是否会出现切伦科夫辐射；建在南极洲的介子与微中子侦测器数组AMANDA(AntarcticMuonandNeutrinoDetectorArray)亦为类似的计划。

光声光谱原理样品吸收光能无辐射跃迁（热效应，红外波段）、发光衰减(可见和紫外光波段）化学变化(紫外光波段)入射光

样品吸收光能后，有三种方式释放能量，即无辐射跃迁（热效应）、发光衰减和化学变化。在不发生化学反应的场合下，通常只有前两个过程发生，二者存在相互竞争、制约的关系。就气体分子而言，在红外波段，分子吸收光能而处于振动激发态，然后主要以无辐射跃迁的方式将振动能转化为平动能，辐射跃迁的几率很小；在可见和紫外光区，分子吸收光能而处于电子激发态，电子态的荧光量子效率高，分子主要以发光衰减的方式释放能量。所以在红外区域，常用热效应研究光与物质的相互作用和物质的性质；而在可见和紫外光区，则利用物质的发射或吸收光谱。光声效应是指样品吸收强度调制的光而激发起声波的效应，由Bell于1880年发现。如图1.1所示，入射光照射装有气体样品的密闭光声池，如果光的波长与气体的吸收线一致，则气体分子吸收光子而处于激发态。分子间的相互碰撞使一部分受激分子通过无辐射跃迁过程而返回基态，激发能弛豫为平动能。宏观上表现为池内气压的增大。若入射光的强度被调制，则池内压力周期性起伏－即产生声波，可由传音器检测。如果入射光的波长与气体分子的吸收线不同，则气体分子不被激发，池内气体不受强度调制的入射光的影响，传音器无信号输出。这样连续改变强度调制的入射光的波长，同时记录传音器信号，便得到反映样品吸收性质的光谱光声光谱。光声技术基于检测样品无辐射跃迁过程中产生的热量，是一种绝对测量方法；在弱吸收情况下，信号大小正比于入射光的强度，所以高功率密度的激光器是理想的光源。因此，自1968年以来，随着激光器、高灵敏传音器和弱信号检测技术的发展，光声光谱仪的探测灵敏度大大提高，在痕量分析、气体分子高禁戒光学跃迁的记录等弱信号检测领域得到越来越多的应用。

3.固体光声效应的传声器检测理论－RG理论－即“活塞”模型Rosencwaig和Gersho提出了固体光声光谱的活塞模型。凝聚态试样吸收强度调制的光能而受到交变加热，一部分热能在试样内部扩散，另一部分热能通过热传导而流入与它相接触的气体，使试样－气体界面上的气体层交变加热。由于热波是一种衰减很快的波，所以只有与试样相接触的界面附近的气体薄层才得到这种交变热流而受到加热。此薄层气体由于交变加热而振动，犹如一个振动活塞而向其余气体发射声波，其结果便在光声腔内激发出相应的声信号，由麦克风记录。扫描入射光的波长为横坐标，麦克风记录的信号为纵坐标，便绘出光声光谱。-(l+lb)-l0lgx麦克风衬底b样品s气体边界层气体(空气)g窗口入射光

应用两种叶绿素的光声光谱,1(Chloro2phyll,2(Chlorophyllb)(1)吸收光谱区分两种叶绿素(2)热扩散率测定金属

对比新鲜组织与自然风干和经特殊处理组织的等效热扩散率,我们可以清楚地看到:经过自然风干和特殊处理后,组织的导热性能相对于新鲜组织明显下降,这是由于制备过程中组织的水分蒸发增加了样品的不连续性以及脂类和蛋白质变性增加了组织热阻率导致热阻增加的缘故.

对比自然风干组织和经过特殊处理后组织的等效热扩散率,我们可以看出:组织经过自然风干后的等效热扩散率略小于经过特殊处理后的,这是由于经过特殊处理后,组织的基本构成与自然风干组织的相同,但特殊处理过程中形成很多由空气填充的空腔,这些空气增加了特殊处理后生物组织的等效热扩散率.另外,组织细胞结构不同导致处理后组织中填充空气的情况也不相同,所以经过特殊处理后各种组织间的热扩散率差别比自然风干的大.

特殊制作：材料中的水分被完全去除，各种有机物被固化。制作中组织仍然被尽量维持其细胞的基本形态结构,组织基本不发生皱缩的现象。薄膜材料光声技术根据入射光的声学节拍，它是产生指向复合薄膜的声学节拍。当声学节拍撞击表面及膜下界时，产生反弹回表面的回声。这种回声引起了反射率的轻微改变，该变化在硅片表面可被测得（见图）。反弹回的脉冲回声消耗的时间被用于计算薄膜厚度。wavelength()intensity类星体Q0000-398的发射线6.在地球上测量类星体Q0000-398的发射光谱，部分波段见下图。图中的光谱线靠近H原子的L。试问此光谱线是否是H原子电子跃迁产生的。1.用具体数据说明，可以用虎克定律定性描述多原子分子中的单个化学键。对晶格振动，如何直观地定性描述？2.分子的