[实用新型]一种增强光声红外光谱探测灵敏度的光声池装置

说明书

本实用新型公开了一种增强光声红外光谱探测灵敏度的光声池装置，包括光声池本体，在光声池本体内填充有纳米多孔基材或者纳米级待检测固体材料。本实用新型通过在光声池内填充有纳米多孔基材或者纳米级待检测固体材料来增加光程和增加其发射声的有效面积从而将光声红外的信号强调增加可达数百倍，进而提高光声红外光谱的探测灵敏度。

技术领域

本实用新型涉及一种增强光声红外光谱探测灵敏度的光声池装置。

背景技术

光声红外光谱（PA FTIR或者FTIR PAS)是红外光谱仪的一个拓宽和补充，是一种重要的化学分析手段，广泛用于：科学研究、化工和化学材料、农业、矿物和石油工业和环保和能源等众多领域。

光声红外光谱采用独特的光声探测器，如微音器、压电原件、折射率传感器和温度传感器，通过周围气体压力变化来测定，在样品表面由于吸收光的热能而变成周期性的温度波动，进而引起周围气体的压力变化，测定的线性检测范围对于具有低吸收系数值的样品得到很大的改善，因为引起的压力变化正比于吸收的能量。

光声红外光谱的光声池是一个密闭的容器，容器上带有一个能透红外光的盐窗和一个微音器；工作时，将固体样品置于池腔内，充入空气或氦气，固体样品在调制光的照射下被激发，通过无辐射驰豫过程把光能转变为热能。样品在光声池内被周期性地加热，热量从固体传递给周围气体，引起气体的膨胀或收缩，造成腔内压力波动，这就是所谓的光声信号。光声信号被灵敏的微音器所检测，经前置放大器放大后，即可用数据系统进行处理，获得单光束光谱。

现有的光声红外光谱的主要缺点为灵敏度不够高，灵敏度主要受限于光波的穿透距离（特别是不透明材料）、热转换为声波的传导距离（固体和液体）和有限的表面积，而光波的穿透距离和热转换为声波的传导距离为固有限制，很难做出改进，仅有希望改进材料的表面积。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术中的光声红外光谱的灵敏度有待改进的缺陷，提供一种增强光声红外光谱探测灵敏度的光声池装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

一种增强光声红外光谱探测灵敏度的光声池装置，包括光声池本体，在光声池本体内填充有纳米多孔基材或者纳米级待检测固体材料。

进一步的，所述的纳米多孔基材的孔隙率在30-90%，纳米结构尺度在5-100纳米。

进一步的，所述的纳米多孔基材为纳米氧化硅、纳米氧化铝或者纳米氧化钛中的任意一种。

进一步的，所述的纳米多孔基材为多孔氧化物颗粒、纳米线或者片状结构。

进一步的，纳米多孔基材或者纳米级待检测固体材料的体积为光声池本体体积的70-80%，纳米多孔基材或者纳米级待检测固体材料的体积太少会降低信号强度。

光声信号强度的理论值：

其中A是与材料组成、光声池大小，气体压力，温度等有关的常数，I_th是与孔隙率无关的光声热分量，e是孔隙率，a0是光的吸收率，l是有效质量厚度。

l是质量厚度随孔隙率的变化，l₀是孔隙率为0的（块材）的厚度（氧化硅为200纳米）很显然，光声红外信号强度直接与有效质量厚度有关，此外，比表面积的增加也导致了光声发射的强度。

本实用新型所达到的有益效果是：本实用新型通过在光声池内填充有纳米多孔基材或者纳米级待检测固体材料来增加光程和增加其发射声的有效面积从而将光声红外的信号强调增加可达数百倍，进而提高光声红外光谱的探测灵敏度。

附图说明