Spektroskopi fotoakustik

Spektroskopi fotoakustik adalah pengukuran dari efek penyerapan energi elektromagnetik (terutama cahaya) pada suatu benda dengan menggunakan metode deteksi akustik. Penemuan efek fotoakustik dimulai pada tahun 1880 ketika Alexander Graham Bell menunjukkan bahwa cakram tipis mengeluarkan suara ketika dipaparkan pada cahaya matahari yang secara cepat diinterupsi dengan menggunakan cakram berlubang yang berputar. Energi yang diserap dari cahaya ini menyebabkan pemanasan lokal dan, melalui ekspansi termal, menghasilkan gelombang tekanan atau suara. Lalu Bell menunjukan bahwa material yang terpapar spektrum yang tak terlihat (inframerah dan ultraungu) juga menghasilkan suara.

Sebuah sampel spektrum fotoakustik bisa direkam dengan mengukur suara pada panjang gelombang yang berbeda. Spektrum ini bisa digunakan untuk mengidentifikasi komponen yang diserap dari sample. Efek fotoakustik ini bisa digunakan untuk mempelajari benda padat, cair, maupun gas.^[1]

Teknik dan penggunaannya

Spektroskopi fotoakustik telah menjadi teknik untuk mempelajari konsentrasi gas hingga satuan ppb, bahkan ppt.^[2] Detektor fotoakustik modern masih bergantung pada prinsip yang sama dari peralatan Bell. Namun untuk meningkatkan sensitivitas, modifikasi berikut telah dibuat:

Menggunakan laser yang kuat, menggantikan cahaya matahari, untuk menyinari sampel, karena intensitas suara yang dihasilkan proporsional dengan intensitas cahaya yang diberikan.^[2]
Mengukur suara yang dihasilkan dengan menggunakan mikrofon. Sinyal mikrofon lalu diperkuat.
Dengan mengurung sampel gas pada kolom silinder, sinyal suara diperkuat dengan mengatur frekuensi ke resonansi akustik dari sampel.

Contoh

Contoh berikut menggambarkan potensial teknik fotoakustik. Pada awal 1970an, Patel dan^[3] rekan mengukur variasi temporal konsentrasi nitrogen oksida di stratosfer pada ketinggian 28 km menggunakan detektor fotoakustik yang diluncurkan menggunakan balon. Pengukuran ini menghasilkan data krusial berkenaan dengan masalah penipisan lapisan ozon emisi nitrogen oksida akibat aktivitas manusia.

Penelitian akademis

Sementara kebanyakan penelitian akademis terlalu fokus pada peralatan resolusi tinggi, beberapa penelitian melangkah ke arah sebaliknya. Dalam 20 tahun terakhir, peralatan yang sangat murah untuk aplikasi semacam deteksi kebocoran dan untuk memonitor konsentrasi gas karbon dioksida telah dikembangkan dan dikomersialisasikan. Pada umumnya, sumber termal berbiaya rendah menggunakan yang dimodulasi secara elektronik. Difusi melalui piringan semi-permiabel, bukan katup, untuk pertukaruan gas, mikrofon berbiaya rendah, dan penangkap sinyal yang sesuai beserta digital prosesornya sudah tercakup dalam biaya sistem ini. Ke depannya, aplikasi spektroskopi fotoakustik rendah biaya dapat menjadi kenyataan dalam peralatan mesin fotoakustik mikro.

Referensi

^ David W. Ball. Photoacoustic Spectroscopy Diarsipkan 2010-12-16 di Wayback Machine.. Spectroscopy, volume 21 Issue 9, Sep 1, 2006
^ ^a ^b Photoacoustic technique 'hears' the sound of dangerous chemical agents, R&D Magazine, 14 Agustus 2012
^ C.K.N. Patel, E.G. Burkhardt, C.A. Lambert, ‘Spectroscopic Measurements of Stratospheric Nitric Oxide and Water Vapor’, Science, 184, 1173–1176 (1974)