紅外光譜儀的光聲檢測器（PhotoacousticDetector）是一種基于光聲效應的檢測技術，主要用于分析固體、粉末、凝膠、涂層等難透光樣品的紅外光譜。其核心原理是：樣品吸收特定波長的紅外光后會產生熱效應，進而引起周圍氣體（通常為空氣）的熱脹冷縮，形成聲波，通過麥克風或壓電傳感器檢測聲波強度，即可反推出樣品的紅外吸收特性。

 

一、光聲檢測器的主要用法

 

1.樣品制備（直接測量，無需預處理）

 

固體/粉末樣品：

 

直接將樣品裝入光聲池的樣品室（通常為圓柱形池體），壓實或平鋪即可（無需壓片、研磨或溶劑稀釋）。

 

優勢：避免傳統透射法中KBr壓片引入的散射誤差或溶劑干擾，尤其適合不導電、易吸濕或難加工的樣品（如土壤、聚合物、礦物）。

 

涂層/薄膜樣品：

 

直接將樣品表面對準光聲池的入射光方向，無需破壞樣品結構（如汽車漆、電路板涂層、生物組織切片）。

 

液體/凝膠樣品：

 

需使用密封樣品池，防止液體揮發或污染池體（如化妝品乳液、黏合劑）。

 

2.儀器參數設置

 

光聲池條件：

 

載氣類型：通常使用干燥空氣或氮氣（避免水蒸氣吸收紅外光干擾信號）；

 

氣體壓力：維持常壓或根據儀器要求微調（壓力過高可能降低聲波靈敏度）。

 

調制頻率：

 

紅外光源需以特定頻率（如20-50Hz）調制，使樣品周期性吸熱產聲，頻率需與檢測器麥克風的響應范圍匹配。

 

掃描范圍與分辨率：

 

同常規紅外光譜儀，根據樣品特性選擇波數范圍（如4000-400cm?¹）和分辨率（通常4-8cm?¹）。

 

3.數據采集與處理

 

背景校正：

 

先采集空池或參比樣品（如壓片KBr）的光聲信號作為背景，扣除環境噪聲和池體材料干擾。

 

光譜采集：

 

軟件控制紅外光源掃描各波長，光聲檢測器同步記錄對應聲波信號，生成光聲光譜圖（橫軸為波數，縱軸為信號強度）。

 

譜圖分析：

 

光聲光譜的峰位與傳統透射光譜一致，但峰強與樣品表面及內部的吸光特性相關，可通過基線校正、平滑處理提高信噪比。

 

注意：光聲信號強度與樣品厚度、熱擴散系數有關，需通過標準樣品建立定量模型（如偏最小二乘法，PLS）。

 

二、光聲檢測器的優勢與適用場景

 

1.核心優勢

 

非破壞性測量：無需制備樣品，直接分析原始狀態（如文物、生物樣本）。

 

高表面靈敏度：對樣品表層（微米級）信號敏感，適合分析涂層、薄膜的界面特性。

 

寬兼容性：可測opaque（不透明）樣品（如煤炭、金屬氧化物），突破傳統透射法對樣品透光性的限制。

 

快速檢測：單次掃描即可完成分析，無需復雜前處理（如壓片需10-20分鐘，光聲法僅需1-2分鐘）。