| 单词 | 激光光声光谱和光热光谱分析 |
| 释义 | 【激光光声光谱和光热光谱分析】 拼译：laser photoacoustic and photothermal spectroscopy 广义而言，激光光声光谱和光热光谱分析都是基于测量物质吸收激光所产生的光热效应的一类吸收光谱技术，其灵敏度比一般吸收光谱法高几个数量级。目前激光光声光谱和光热光谱分析已成为气态和凝聚态物质的高灵敏检测技术，在物理、化学、生物、医学、环境、材料等领域有着广泛的研究和应用，其重要性正逐渐为人们所认识。 激光光声光谱分析的基础是光声效应，它是基于物质吸收辐射光，通过无辐射弛豫产生的声波或其它热弹效应。1880年贝尔(A．G．Bell)发现了光声效应，并正确指出了光吸收与光声效应内在的依赖关系。随后丁铎尔(J．Tyndall)、伦琴(W．C．Rontgen)、梅卡迪耶(M．C．Mercadier)、普里斯(W．H．Preece)等在实验上证实了光声效应。梅卡迪耶和普里斯还对光声效应产生的机理进行了理论探索。此后50余年中光声效应的研究进展缓慢，基本处于停滞状态。1938年维安杰罗夫(M．L．Viengerov)仔细研究了气体的光声效应，在此基础上勒夫特(K．F．Luft)等设计出商品化气体光声分析器，才使光声光谱开始在气体分析中得以应用。但由于微弱信号检测技术的限制，光声光谱的研究和应用仅限在少数气体。激光技术的兴起，使光声光谱技术焕发青春。1968年克尔(E．L．Kerr)等人首次采用二氧化碳激光器作光声光谱的光源，研究了气体的弱吸收。1971年克罗策(L．B．Kreuzer)等人用激光器和高灵敏微音器检测了多种气体。1974年出现了定型的激光光声光谱议。1977年拉赫曼(W．Lahman)等以氩离子激光器测定了溶液中的β－叶红素。激光光源在光声光谱分析中的应用，促进了光声光谱仪器的研制和生产。早期激光光声光谱仪大多采用连续波激光加以斩波，近年来脉冲激光器的使用已占优势。激光光声光谱仪中核心部件为光声池和与之相连的声传感器，已经设计和研制出各种类型的光声池用于气体、液体、粉末、凝胶等样品的激光光声光谱研究，声传感器则多为微音器和压电式传感器。随着气体、液体和固体光声光谱理论的提出和不断完善，激光光声光谱分析广泛用于弱吸收、高光散射、非透明和不均匀样品的检测，用于气体和液体样品的检测灵敏度已分别达10－10／cm－1和10－8／cm－1光吸收。在气体分析中，SO2、NO2、NO、NH3甲酸、乙酸和甲醛的激光光声光谱检出限在ppb以下，乙烯等可达ppt，已用于大气污染物检测。对固体样品分析，激光光声光谱不需对样品进行特殊制备，还可将溶液吸附在固体树脂上进行痕量检测。泽田嗣郎(Y．Sawada)和邓延倬等对液体激光光声光谱分析进行了系统研究，研究过Am、Cd、Ce、Co、Hf、Hg、Mn、Nd、Se等的激光光声光谱检测，钴－亚硝基萘酚的检测限为0．64ppt。在生物医学领域，激光光声光谱分析不仅用于生物分子的测定，而且用于研究和探讨生物医学方面一些前沿与机理性课题。如对发芽抑制剂的测定为马铃薯储存提供可靠资料，对血管组织的层结构分析和深度检测可诊断出正常与病变组织。1979年巴雷特(J．J．Barrette)等提出的激光拉曼光声光谱是将受激拉曼散射与光声检测相结合的一种新的非线性光谱技术，在气体和液体微弱吸收和痕量分析方面收效显著。1977年．古特费尔德(R．J．Von Gutfeld)等人首先将激光光声显微镜用于微区分析和无损检测，不仅可获得物质表面状态，而且还能获得物质内部的不规则部份、掺杂物质浓度等信息。已在探测材料表面及介面下层的状态，不规则部位、裂缝、杂质和范性形变等方面发挥着重要作用。为提高激光光声光谱分析的灵敏度和选择性，激光腔内光声光谱，激光光声低温光谱和激光光声时间分辨光谱等研究也比较活跃。阿达玛变换等调制光谱技术用于激光光声光谱成像，具有分辨率高，选择性好，信噪比高等优点。随着激光光声光谱研究的深入，各种适用于色谱、电泳等分离技术的激光光声检测器相继出现，灵敏度大大高于紫外检测器，但多数工作仍处于定性、半定量水平。人们在研究激光与物质相互作用时，观察到了一些光热效应，并建立了相应的激光光热光谱分析方法。目前应用较多的是基于热透镜效应的激光热透镜光谱和基于蜃景效应的激光光热偏转光谱。它们所依据的原理都是检测待测物质吸收激光后通过无辐射豫释放热能引起折射率的改变，不同之处仅在于前者探测折射率的变化梯度，后者探测光程范围内折射率的曲率变化。1964年戈登(J．P．Gordon)等发现热透镜效应。1977年多维厅(N．J．Dovichi)等将其用于痕量分析，建立了热透镜光谱分析法。1980年，博卡拉(A．C．Boccara)等首先将蜃景效应用于光谱研究，建立了激光光热偏转光谱分析法。从1979年激光热透镜光谱在分析化学中应用以来，多维奇、泽田嗣郎、金巨广和邓延倬等人进行了大量的研究。已研究出多种光学构型的激光热透镜光谱测量装置，并进行了20余种金属元素以及50余种有机物质的激光热透镜光谱分析研究。灵敏度比传统吸光光度法高2～3个数量级，可检测的最小吸光度达10－7／cm。诺兰(T．G．Nolan)等用激光热透镜光谱进行氨基酸检测，在探测体积中可检测到50个分子氨基酸。激光热透镜光谱用于混合物两组份和H+浓度的同时测定，也取得了令人满意的结果。时间分辨光谱技术和导数光谱技术用于激光热透镜光谱分析已见报道，其功能和作用有待进一步开发。激光热透镜光谱与流动注射、液相色谱和毛细管区带电泳等分析技术的联用研究十分活跃，已显示出良好的应用前景。目前激光光热偏转光谱的检测分为共线式和横向式两种，其光学构型则分腔内和腔外。一般说来，激光腔内光热偏转光谱较腔外光热偏转光谱的灵敏度高，花菁染料的检测限可达10－11mol／L。为进一步提高激光光热偏转光谱分析的灵敏度和选择性，阿达玛变换激光光热偏转成象光谱、激光光热偏时间分辨光谱、激光光热偏转低温光谱和加压池激光光热偏转光谱等研究已初见成效。目前激光光热偏转光谱分析研究热点集中在这一技术与色谱、电泳分离技术的联用上，泽田嗣郎等认为毛细管区带电泳中检测到的激光光热偏转信号不仅与光热效应有关，还要考虑到毛细管由于激光照射和光热效应产生的温度变化而引起的毛细管振动现象，并称为激光诱导毛细管振动。目前激光光声光谱和光热光谱分析有待进一步深入，加强调制光谱技术和处理技术在激光光声光谱和光热光谱分析中的应用研究以及激光光声光谱和光热光谱与色谱、电泳分离技术的联用，必将进一步提高激光光声光谱和光热光谱分析的研究和应用水平。新的光光热光谱分析技术(如光热折射、光热衍射)的功能和作用尚待进一步开发。【参考文献】：1 Lai E P C, Chan B L. Appl Spectrosc Review, 1985,21(3): 179～2102 Dovichi N J. CRC Crit. Rev Anal Chem, 198.6,17(4) :357～ 4233 Couful H. Fresenius J Anal Chem,1990,37(7) :835～8424 Kitamori T, Sawada T. Spectrochim ,Acta Reviews, 1991, 14(4):275～3025 金巨广．分析化学，1991，19(6)∶711～7196 胡继明．化学通报，1992，2∶3～7(武汉大学胡继明教授撰；曾云鹦审) |
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