光声光谱

光声光谱是通过声学检测来测量吸收的电磁能（特别是光）对物质的影响。 从光中吸收的能量导致局部加热，产生热膨胀，从而产生压力波或声音。 后来贝尔表明，暴露在太阳光谱的不可见部分（即红外线和紫外线）下的材料也可以产生声音。

样品的光声光谱可以通过测量不同波长的光的声音来记录。 该光谱可用于识别样品的吸收成分。 光声效应可用于研究固体、液体和气体。

光声光谱已成为研究十亿分之一甚至万亿分之一水平的气体浓度的强大技术。 现代光声探测器仍然依赖与贝尔仪器相同的原理； 然而，为了提高灵敏度，已经进行了一些修改。

由于产生的声音强度与光强度成正比，因此使用强激光代替阳光照射样品； 这种技术被称为激光光声光谱 (LPAS)。 耳朵已被灵敏的麦克风所取代。 使用锁定放大器进一步放大和检测麦克风信号。 通过将气态样品封闭在圆柱形腔室中，通过将调制频率调谐到样品池的声学共振来放大声音信号。

通过使用悬臂梁，增强型光声光谱的灵敏度仍可进一步提高，从而实现对 ppb 级气体的可靠监测。

以下示例说明了光声技术的潜力：在 70 年代初期，帕特尔及其同事使用气球载光声探测器测量了 28 公里高度处平流层中一氧化氮浓度的时间变化。 这些测量提供了与人为一氧化氮排放引起的臭氧消耗问题有关的关键数据。

使用 FTIR 光声光谱的重要功能之一是能够通过红外光谱评估原位状态的样品，这可用于检测和量化化学官能团，从而检测和量化化学物质。 这对于无需粉碎成粉末或进行化学处理即可进行评估的生物样品特别有用。 贝壳、骨头等样本已经过研究。 使用光声光谱有助于评估骨骼与成骨不全症的分子相互作用。

虽然大多数学术研究都集中在高分辨率仪器上，但也有一些工作朝着相反的方向发展。 在过去的二十年中，已经开发并商业化了用于诸如泄漏检测和用于控制二氧化碳浓度的应用的非常低成本的仪器。 通常，使用电子调制的低成本热源。 通过半透盘而不是阀门进行气体交换的扩散、低成本麦克风和使用数字信号处理器的专有信号处理降低了这些系统的成本。 光声光谱低成本应用的未来可能是实现完全集成的微机械光声仪器。

光声方法已被用于定量测量大分子，例如蛋白质。 光声免疫测定使用可产生强声信号的纳米粒子标记和检测目标蛋白质。 基于光声学的蛋白质分析也已应用于即时检测。

光声光谱也有很多军事用途。 此类应用之一是检测有毒化学试剂。 光声光谱的灵敏度使其成为检测与化学侵蚀相关的痕量化学物质的理想分析技术。

LPAS 传感器可应用于工业、安全（神经毒剂和爆炸物检测）和医学（呼吸分析）。