پدیده فتوآکوستیک

صفحه 1:
۱ (POG) aR ad 600000 

صفحه 2:
A ‏ااا‎ ‎a ee‏ ما يديده فتوآكوستيك ‏دستكاه حاص دو مادام ‏منبع نور ‏سک و ‏ا ا ‏شناسايى انرزى جذب شده ‎aD ‎00 ‎ae ‎6 ‏ينك‎ ‎6 ‎6 ‎ve ‎6 ‎60 ‏دتكتور ‏مقياس اندازه كيرى اه ‎er SEES)‏ نف كه 6ك نظارت ‏جعع بندى ‏دستكاه نمونه 

صفحه 3:
A ‏ااا‎ ا لل ل ل ا اا ا ل ا ا روش های بسیار حساس و قابل اطمینان در زمینه شناسایی مقادیری هرچند ‎ROW ear o ee ene SCS meer)‏ " اين روش ها و تكنيك ها بر يايه كستره اى از اصول اندازه كيرى استوار هستند مانند: هت ‎TATA AN a CLR‏ سم سم سس سس تست هم مرت مت علیرغم کثرت این نوع تکنیک ها » انتخاب کردن نوعی که بیشتر از همه ‎Pease pero Henry‏ ۱ 1۳۳ 

صفحه 4:
A ‏ااا‎ ‎521217117517172 9 7 ae ۱ CLS ree eee Seren ‏مصونلستٍ‎ ‏هت‎ oe ‏جوم اههد‎ ۱ oad ۱ DCA PACA cg aca oe SCS et Te Sue eo ee ‏ل‎ ee Seem ‏مونیتورینگ اینست که هیچ نوع ماده مصرف پذیری در آن استفاده نمیشود و‎ ee ee ESS Lo ee a By 

صفحه 5:
ااا ‎A‏ ‏برج مدو معام عمد 1 ا ا و ا ا ‎Derek‏ ‏ا ا ۱ Cal be piece casa Ya. Pa 

صفحه 6:
سس برج مدو معام عمد 1 Be Re NC CRUSE EOE CORES LS ‏داخل محل زندگی کاربرد های فراوانی دارند. چند نوع‎ ‏از این کاربرد ها به قرار زیر است:‎ ENCES ene SSD SOE NEI ee cee ‏مونیتر کردن ترکیبات آلی در بیمارستان ها » آزمایشگاه‎ ‏ها و تولید گیاهان‎ کنترل فرایند هایی مانند تولید گازهای خالص و تخمیر 

صفحه 7:
A ‏ااا‎ ‎۱ * جذب اشعه مادون ‎(cy eas‏ 0 ۳۱ بجودوص دود رايج است و علاوه بر آن» روش اندازه گیری آکوستیکی اشعه جذب شده منحصرا مخصوص 025 است. 

صفحه 8:
A ‏ااا‎ ‏پدیده فتوآکوستیک‎ SVU CR Mone cana aie Sai rine, cae cacatced| carat cacao asa ceca eas ci ia A cA NN EA ed Pera RENN, 74 ol Pl CMR eerie PARC Ns a ‏دكن‎ "" انتشار صوت توسط ماده به علت جذب نور مقطع. 

صفحه 9:
سس تاریخچه پدیده فتوآکوستیک ۱ Spore eis SE Ses Se Tete ETC. | Oe eA re ‏حین تحقیقاتش در مورد‎ 0 an COTES Steen Tees Oi ‏مجذوب اين يديده شده بودند كه البته تنها دتكتور آكوستيكى‎ ‏موجود آنها كوش آنها بود.‎ 

صفحه 10:
A ‏ااا‎ "" وقتى به يك كاز خاص نور تابانده ميشود مقدارى از انرژی نور توسط گاز جذب میشود . مقدار انرژی که جذب ميشود به غلظت كاز بستكى دارد. | "" اين انرزى جذب شده فورا تبديل به حررارت ميشود و باعث بالا رفتن فشار خواهد بود. 

صفحه 11:
ل ل دص ۱ Light pulses ta ckawber Tewperature aad pressure variativas Contravis 

صفحه 12:
A ‏ااا‎ 9 ‏ل‎ eS ice Ne ee Ney ‏مناسب قابل اندازه كيرى هستند . اين امواج اكّر در‎ ‏محدوده 00 را تا 0)© 2ر!ا”! باشند قابل شنيدن نيز‎ هستند. شدت صوت ساتع شده به عواملى جند بستكى دارد: ‎Js Os‏ ‎Nt‏ 0 

صفحه 13:
دستگاه جاص صعوص ]مكاعم [۳/۹ Sarr | زیر است: 1 Rt rece Cg NAN A Ee 

صفحه 14:


صفحه 15:


صفحه 16:
ی 97 ee ee nd] 

صفحه 17:
1 ea aNd ‏دستگاه‎ . دتكتور براى اندازه كيرى سيكنال ب» روش هایی برای پردازش سیگنال 

صفحه 18:
ااا ‎A‏ ‏لت 0ت ل ا ‎ENERO‏ ‎es ee ESS Se eS)‏ ل ا 5 ا ‎Cn eM NeW‏ 9 نمونه گازی مان قابل دتکت کردن باشد یعنی همان انتخابی بودن : بررارشهاود 

صفحه 19:


صفحه 20:
1 ea aNd ‏دستگاه‎ * دستكاه ها يى كه براى نمونه بردارى اتوماتيك طراحى میشوند قطعات دیگری نیز دارند مانند پمپ ها و فیلتر های هوا و غیره. * چندین فیلتر نوری را میتوان بر یک چرخ فیلتر سوار کرد تا اجازه دتکت انتخابی برای گازهای مختلف را در یک نمونه به ما بدهد. 

صفحه 21:
سس 9۳ نوع منبع نوری که برای گاز دتکشن ها و آنالیز استفاده ميشود بيشتر مواقع يكى است و تابش كسيلى آن در منطقه مادون قرمز(؟10 ) طیف الكترومغناطيس بين 7-0 0۹۱2 ۳ "" نور خورشيد رايج ترين منبع 7108 است و همان جيزى كه ‎SKC. |‏ ا ا ا يق کرد. 

صفحه 22:
"سس منبع نور Ad ad ‎NN cera can Gol a ricd‏ ۱۹۱ یکپیشنهاد عالوو قابل لعتماد نسبتبه نور خورشيد لستكه سادم ترين نوع لنفقط يكسيم رشته لوكرم شده تا دماهاى با لاميباشد و فوليد زير را دارد: ‏يايدار جاطمك ‎as‏ خرج میرحت ‏بادوام پنسا رجا ‏و با این ویژگی که طیف خروجی آن پیوسته و 200 ‎e100)‏ أن در منطقه مادون قرمز قرار دارد. 

صفحه 23:
سس طبيعت كاز یک گاز مجموعه ای از مولکول های یکسان است که در جریان حركت تصادفى مداوم قرار دارند.در واقع لغت 60908 از كلمه يونانى ج-!0) كرفته شده كه دقيقا توضيح رفتار مولكولى كاز است + # حرکتی بی نظم و آشفته و دائما درحال برخورد به یکدیگر * مولکول های گاز با سرعت شگفت انگیزی در حرکتند و درجه حرارت كاز نيز متناسب با اين سرعت است. براى مثال در ©00)© ا ل 7 01 يا 9600© عام دارد و اين سرعت در 65000 به 60860 ج/«جمی رسد 

صفحه 24:
سس طبيعت كاز اتم ها در مولكول ها نيز در حركتند اما جون حركت آنها بوسیله قید های داخل اتمی مقید شده » 500 نوسانى ثابت نوسان ميكنند. اين نوسانات در يك فركانس ‎cy‏ ل ل ل ا 0 اتم ها و قدرت ييوند هاى شيميايى آن تعيين ميشود.فركانس رزونانس از مرتبه 0002411 است يعنى ‎OOO, OOO, OOO‏ 000,000 نوسان در یک ثانيه 

صفحه 25:
سس جذب نور مادون قرمز فركانس تابش مادون قرمز در همان اندازه هاى نوسان ‎Re Onan een‏ 1212010001010 ‎PE ORO Te Oe Eee One‏ ‎eT ge‏ ل ‎Pee SFE‏ که فرکانین نوسانن مولکرل است. رقتی مولکرل این تابنش ‎CR ERIC ONG PCTES TECH TED TERCGS)‏ ۳ 

صفحه 26:


صفحه 27:
A ‏ااا‎ * تنها كَانِ هايى كه كشتاور دو قطبى الكتريكى دارند ميتوانند با نور قرمز برهمکنش داشته باشند. * بنابراين ككّازهاى تك اتمى مانند عمل1ك,دما41 و كازهاى دواتمى مانند ©001, ©0 نميتوانند 71608 را جذب كنند. 

صفحه 28:
سس شناسایی انرژی جذب شده "" وقتى مولكول 108 ريا جذب ميكند » انرزيى بدست ميآورد و شديدتر نوسان ميكند. اين اثر مدت زمان كوتاهى دارد و مولکول برانگیخته بسرعت انرژی خود را به مولکول های ‎ete SPS oe‏ ۱ ‎en Se NES Eka S ECE SSS)‏ | "" سرعت مولكولى كه زياد شود به اين معنى است كه دماى گاز و اتاقک اندازه گیری زیاد میشود و در نتيجه فشار ‎ee ow i)‏ 

صفحه 29:
‎of infrared radiation‏ دمتسم إلا ‏جه ‎ 

صفحه 30:
سس دكته اصلى إينجاسنت كه اكنون راهى را براى انذازه كيرى مقذار نور جذب شده مورد جستجو قرار دهیم.مقدار نوری که جذب شده هم بوسیله اندازه گیری انرژی گرمایی قابل محاسبه است و هم بوسیله اندازه گیری افزایش فشار.. هر دوى اين يارامترها وابسته به غلظت مولفه هاى جذب كننده ا ا ‎ES‏ ‎acca‏ ا ا 0 ‎cre pre min)‏ لل ل ا 2 سروکار داریم. پس ترجیح بروی اندازه گیری پارامتر افزایش فشار ميرود. 5500 ‏ا ا ا‎ eet) 

صفحه 31:
ااا ‎A‏ ‏دتکتور * یک میکروفون » دتکتور عالی برای فشار. ناثابت است که قابليت حساسيت بالا و يايدارى زياد را در خود دارد. * جون كه ميكرريوفون نوسانات فشار را بسيار بهتر از ‎pete 3}‏ ا ا 1 00 ‎Nr ete ed‏ ا ا 0۳ 0۰ ال ‎ROP Ee Tee ee ree ces‏ 

صفحه 32:


صفحه 33:
سس يك ‎OR AEB eee VB Orn ak Olah‏ شده و در نزديكى يشت آن صفحه محكمى قرار دارد. ا فال ا تل ا ل ا 0 فاصله بین صفحه ها موجب تغییر ظرفیت آن ميشود. ۴ وقتی فشار اتاقک افزایش و یا کاهش می یابد غشای نرم و قابل اک ‎Reda Se tele ea ey)‏ 1 اندازه كيرى اختلاف ولتاز اندازه كرفته ميشود. اين ولتاز 000 دقيقا همان اهنك تغييرات فشار صوت در اتاقك اندازه گیری است. 

صفحه 34:
سس مقیاس اادازد گبری ۱ تغییرات دمایی و فشاری و همچنین انحرافات غشا نیز بینهایت كوجك است. " براى كازى كه غلظت آن در ياب ترين حد دتكت شدن يعنى در ‎nan enS‏ ما الم ا ا 0 افزایش ۱00 حدود ‎(0D)‏ ا ل ل 20 کوچک موجب انحراف غشای میکروفون به اندازه 40۳-400 7 خواهد شد. "" جنين فاصله اى فقط كمى بزركتر از قطر يك الكترون است: (00- کات این انداد 5 525000 5 ‎eae‏ ‏اين اندازه با اين مثال روشن ميشود كه غشايى به اندازه زمين حدود 0 ا 0 1 1 

صفحه 35:
A ‏ااا‎ Ever Te CEOS See ‏ل ل‎ een ae ‏حساسیت ل اجازه اندازه گیری غلظتهای‎ ESTE PO LOT TOES TE Sere Spree) PRES =n ‏ا‎ ng Te eae Ss) ‏ديكرى يايدارى آن است. يعنى در دماى اتاق از نظر‎ 90/0 ‏تئورى حساسيت آن در هر 00)©© سال كمتر از‎ 

صفحه 36:
سس طيف مادون قرمز (eRe eee ‏يا‎ 10S STS ee ‏>>نم قرار كيرد با اندازه كيرى مقدار نور جذب شده در هر طول‎ ‏موج به یک طیف 16 میرسیم. نام عمومی وسایلی که طیف به‎ ‏دست میدهند جوم ارامسبیسیی) است,‎ * دو راه براى اندازه كيرى مقدار نور جذب شده وجود دارد: اندازه گیری لزي ا ل یا گذر 0 2 ‏ا‎ ne 

صفحه 37:


صفحه 38:
كي و 89) وجود دارد كه به صورت زير است: 

صفحه 39:
سس * اگر ‏ مستقیما اندازه گیربی شود و در رابطه جایگزاری شود به ما 9) را میدهد » اما با این روش ما که در اندازه 1 ‎ree ered (C) ke ne EC ESTES SBe‏ 9 معادله بالا). تنها راه رفع اين اشكال اندازه كيرى مستقيم ۳ ا ‎NS SOT ec‏ كلت ا لطت 0 

صفحه 40:
A ‏ااا‎ * هر نوع ماده طيف 210 خاص خود را دارد و طيفها براى مواد مختلف شناخته شده در منابع آورده شده است . ‎ees Se Wee leven‏ ا ا ل ا 0 استاندارد قابل دست یابی است. اين نوع بررسی امروزه بسیار سریع تر از گذشته انجام میشود بخاطر فواید وجود کامپیوتر های بسیار. سریع در امور ذخیره و بازیابی اطلاعات و همچنین پردازش آنها. 

صفحه 41:


صفحه 42:
سس برای تحلیل کمی گاز:ها معمولا کافی است که آنها را با طول موج هايى موريد تابش قرار دهيم كه آن كاز بيشتر جذب ميكند. اكر قصد دتكت كردن تعدادى كاز را در يك نمونه داشته باشيم ‎٠‏ بايد با طول موج هايى كه هر كاز داخل نمونه بيشتر جذب ميكند مومه ريا زير تابش قرار دهيم. تقريبا تمامی گاز های موجود با اين روش قابل دتکت هستند. اكر تداخل دو كاز غير قابل اجتناب باشد ان تكنيك ‎Ce a aA ANT SO]‏ ميكنيم. 

صفحه 43:
ماري ا 

صفحه 44:
A ‏ااا‎ اا ل ‎FARES OO SCN ee De‏ ‎FLUO CEES SOC E70 oY EES‏ ا ‎te WET‏ 0 5 نمونه لازم دارند بسيار قابل ملاحظه است. علاوه بر آين برتری » کم بودن حجم مصرفی موجب بالا رفتن زمان ياسخ كويى نيز هست. 

صفحه 45:
A ‏ااا‎ 0000 ا ا ا ا ا ا ف ل اى كوجكى است: استفاده ازيك ميكروفون به عنوان دتكتور م ‎(rake)‏ ‎ED‏ ا ا ا ا ا ا ا 0 اينكه دوباره دستكاه آزمايش نمونه بعدى را شروع كند زمان زيادى مثلا حدود یک ساعت سپری ميشود. اما در دستگاه ,یسیو و مخصوصا ‎nce rere ee OCs er Lok‏ ۱ ‎ER pe re <e-S')‏ 

صفحه 46:
ااا ‎A‏ ‏عملیات ۳۵9۵۶) ‎ers tee Le ecley se Seo) eee 3‏ كه اتاقى متمركز نمايد. ‎9 ‏با‎ ae ۱ OS OE ene Str eee ‎00 ene S er fee REL Swe e ‏لاا‎ ‏داخل سلول ميرود.‎ ‎1۳ ‏رن‎ Wprer int ST Ss Bcc wee reryerer reer ‏را به اتاقک میآورد‎ ‏لك‎ ioe Rite: ‏ميشود.‎ ۹ ‏جرخ فيا فیلتر ها نیز با چرخیدن و قرار دادن هر فیلتر‎ .. 00010 ‏به نوبت در مسیر نور میتواند همگی فیلتر ها را آزمایش‎ ‏۰ در انتها دستگاه غلفلت هر گان را محاسبه میکند و نتایج را نشان میدهدرو ‎BAC yeep ty‏ ا ۹ ۷۳ ‎ 

صفحه 47:
سس انواع ‎POG‏ ۱9 eee OSD) te em ‏صورت بود. اما در درون خود اين ريبوش » تكنيك هاا و‎ ‏متد های بسیاری وجود دارد که هر کدام کاربرد مخصوص‎ ‏خود را دارد. بعضى از اين روش ها كه مخصوص دتكت‎ : ‏كردن كاز ها هستند در زير آورده شده اند‎ | ‏م ا‎ ‏كه با كمى جزئيات همانى بود كه در اينجا تقريبا شرح داده‎ "" 1 

صفحه 48:


صفحه 49:
A ‏ااا‎ ۳/۵۵ - راومه عم ۲ ‎٩‏ تکنیکی که در آن فیلتر های نوری و پره مدولاتور. جای خود ريا به يك تداخلسنج مايكلسون ميدهند. ‎iy‏ ل ل ا منحصر بفردى بوجود ميآورد. * در حقيقت با اين تكنيك دستكاه مجهز به بينهايت فيلتر ‎rs‏ ا 

صفحه 50:
Mirrors Light Source Measurement Cell 

صفحه 51:
eee © Coctcuwus Plow — POG ‏ا م2‎ On a te eee ere ‏همواره يك جريان از نمونه با سرعت ثابت كنترل شده از اتاقك‎ ‏عبور میکند . البته اين جریان دائمی سبب ایجاد تلاطم هایی در‎ ‏آمدن نویز روی‎ ۹ ‏میکروفون ميشود.‎ ‏در انتها اگر ی‎ SOMBER IU ete Sa Ca ad ‏است‎ cia 50 ‏ا ل ا ل‎ re 057 ‏ا‎ ne BOE 

صفحه 52:


صفحه 53:
eee نظارت eee 0 ea ‏هر سه ماه احتیاج دارند که‎ ۳ ea iret] 

صفحه 54:
eee ‏جعع بندى‎ * زمان جوابكويى بالا ردن ره دري سخ بسیار دقیق ا ‎Este‏ ‏"" قابل اطمينان لا 

صفحه 55:


صفحه 56:
RECPOVGE T10E: ee (Sloe eee oor DO مس ۱ ۱ ا 0 لك ‎oie ae‏ مك9 OBOSES — OGOEES edd )0006009©© 0 ‏مسنم‎ Gr cad CO STOO Nel kG OGSO0O8S Opiica Pier OCSOAO Opiicd Piter Ce Ga ag CO ‏مت‎ 5 

صفحه 57:


Photoacoustic Spectroscopy (PAS) Hossein Alisafaee 8111017 فهرست .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 .9 مقدمه ‏spectroscopy ‏photoacoustic spectroscopy پدیده فتوآکوستیک دستگاه photoacoustic منبع نور طبیعت گاز جذب نور مادون قرمز شناسایی انرژی جذب شده .10 .11 .12 .13 .14 .15 .16 .17 .18 .19 دتکتور مقیاس اندازه گیری طیف مادون قرمز زمان جوابگویی عملیات PAS انواع PAS نظارت جعع بندی دستگاه نمونه منابع مقدمه ‏ ‏ ‏ نگرانی برای ایمنی انسان و سالمت محیط زیست موجب تحریک شدن نیMMاز بMMه روش های بسیار حساس و قابMMل اطمینMMان در زمینMMه شناسMMایی مقMMادیری هرچنMMد ناچیز ازگازهای سمی و آلوده کننده گردیده است. این روش ها و تکنیک ها بر پایه گستره ای از اصول اندازه گیری استوار هستند مانند: ‏ spectorscopy ‏ chromatography ‏ chemical reactions ‏ electrochemical detection علیرغم کثرت این نوع تکنیک ها ،انتخاب کردن نوعی که بیشتر از همه مناسب باشد معموال کار ساده ای نیست. spectroscopy ‏ ‏ infrared spectroscopyهمیشه یک انتخاب عام بوده است ،زیرا که بسیار حساس و انتخابی است و در ضمن زمان جوابگویی سریعی دارد همچنین از تداخل ها مصون است. ‏ sensitive ‏ selective ‏ has a fast response time ‏ has a high immunity to interferents. یکی از برتری های اصلی روش های اسپکتروسکوپی برای اهداف مونیتورینگ اینست که هیچ نوع ماده مصرف پذیری در آن استفاده نمیشود و هزینه ها ثابت میماند و نظارت مورد نیاز نیز بسیار کاهش می یابد. photoacoustic spectroscopy که بویژه حساسیت بسیارspectroscopy یکی از انواع photoacoustic spectroscopy بسیار باالیی ارائه مینماید .است  high sensitivity photoacoustic spectroscopy ‏ .1 .2 .3 گاز دتکتورهایی که مبنای آنها PASاست در خارج و داخل محل زندگی کاربرد های فراوانی دارند .چند نوع از این کاربرد ها به قرار زیر است: شناسایی و مونیتور کردن گازهای سمی و آلوده کننده مونیتر کردن ترکیبات آلی در بیمارستان ها ،آزمایشگاه ها و تولید گیاهان کنترل فرایند هایی مانند تولید گازهای خالص و تخمیر photoacoustic spectroscopy ‏ جذب اشعه مادون قرمز( )IRهست تمام تکنیک های spectroscopyرایج است و عالوه بر آن ،روش اندازه گیری آکوستیکی اشعه جذب شده منحصرا مخصوص PASاست. پدیده فتوآکوستیک  what is photoacoustic effect?  photoacoustic effect is the emission of sound by an enclosed sample to the absorption of chopped light. . انتشار صوت توسط ماده به علت جذب نور مقطع تاریخچه پدیده فتوآکوستیک این پدیده اولین بار توسط دانشمند بزرگ Alexander Bellمورد توجه قرار گرفت که بطور تصادفی آن را در حین تحقیقاتش در مورد PhotoPhoneکشف کرد. دانشمندان برجسته دیگری مانند Tyndallو Rontgenنیز مجذوب این پدیده شده بودند که البته تنها دتکتور آکوستیکی موجود آنها گوش آنها بود.  وقتی به یک گاز خاص نور تابانده میشود مقداری از انرژی نور توسط گاز جذب میشود .مقدار انرژی که جذب میشود به غلظت گاز بستگی دارد. ‏ concentration این انرژی جذب شده فورا تبدیل به حرارت میشود و باعث باال رفتن فشار خواهد بود.  افزایش فشار، هنگامی که نور با یک فرکانس معلوم مدوله شود . تناوبی میشود،نیز با فرکانس مدوالسیون  Light on Light pu lses in cha mber Light off Te mpera t ure a nd pressure va ria t io ns Gas Exp a nds Ga s Cont ra ct s  ‏ .1 .2 امواج فشار یا همان امواج صوتی بوسیله یک دتکتور مناسب قابل اندازه گیری هستند .این امواج اگر در محدوده Hz 20تا kHz 20باشند قابل شنیدن نیز هستند. شدت صوت ساتع شده به عواملی چند بستگی دارد: شدت نور غلظت ماده دستگاه photoacoustic ‏ قسمت های اصلی یک دستگاه photoacousticبه صورت زیر است: .1 اتاقک اندازه گیری که گاز نمونه در آن حبس میشود ‏measurment chamber photoacoustic دستگاه منبع نور light source .2 دستگاه photoacoustic .3 وسایلی برای مدوله کردن نور ‏chopper ‏a دستگاه photoacoustic .4 .5 دتکتور برای اندازه گیری سیگنال روش هایی برای پردازش سیگنال منبع نور ‏ اگر منبع نور incoherentباشد یعنی طول موج های زیادی را در بر گیرد از یک فیلتر نوری استفاده میشود تا تابش را دلخواه کنیم یعنی ما را قادر میسازد که جسم خاصی در نمونه گازی مان قابل دتکت کردن باشد یعنی همان انتخابی بودن selectivity : دستگاه photoacoustic ‏ ‏ دستگاه ها یی که برای نمونه برداری اتوماتیک طراحی میشوند قطعات دیگری نیز دارند مانند پمپ ها و فیلتر های هوا و غیره. چندین فیلتر نوری را میتوان بر یک چرخ فیلتر سوار کرد تا اجازه دتکت انتخابی برای گازهای مختلف را در یک نمونه به ما بدهد. منبع نور نوع منبع نوری که برای گاز دتکشن ها و آنالیز استفاده میشود بیشتر مواقع یکی است و تابش گسیلی آن در منطقه مادون قرمز( ) IRطیف الکترومغناطیس بین cm-1 650تا cm-1 4000است. نور خورشید رایج ترین منبع IRاست و همان چیزی که Bellدر آزمایش های اولیه photoacousticاز آن استفاده کرد. منبع نور ‏ .1 .2 .3 ‏ Incandescent Sourceیک پیشنهاد عالی و قابل اعتماد نسبت به نور خورشید است که ساده ترین نوع آن فقط یک سیم رشته ای گرم شده تا دماهای باال میباشد و فواید زیر را دارد: پایدار stable کم خرج inexpensive بادوام long lasting و با این ویژگی که طیف خروجی آن پیوسته و -70 %80آن در منطقه مادون قرمز قرار دارد. طبیعت گاز ‏ ‏ ‏ یک گاز مجموعه ای از مولکول های یکسان است که در جریان حرکت تصادفی مداوم قرار دارند.در واقع لغت GASاز کلمه یونانی Chaosگرفته شده که دقیقا توضیح رفتار مولکولی گاز است : حرکتی بی نظم و آشفته و دائما درحال برخورد به یکدیگر مولکول های گاز با سرعت شگفت انگیزی در حرکتند و درجه حرارت گاز نیز متناسب با این سرعت است .برای مثال در 20C یک مولکول کوچک مانند CO2سرعتی در حدود m/s 407 یا mph 920دارد و این سرعت در 40Cبه 421 ‏m/sمیرسد. طبیعت گاز ‏ اتم ها در مولکول ها نیز در حرکتند اما چون حرکت آنها بوسیله قید های داخل اتمی مقید شده ،اتم ها درحاالت نوسانی ثابت نوسان میکنند .این نوسانات در یک فرکانس خاص است که فرکانس رزونانس نام دارد و بوسیله جرم اتم ها و قدرت پیوند های شیمیایی آن تعیین میشود.فرکانس رزونانس از مرتبه 1013Hzاست یعنی 10,000,000,000,000نوسان در یک ثانیه. جذب نور مادون قرمز فرکانس تابش مادون قرمز در همان اندازه های نوسان مولکول ها میباشد ( حدود . )1013Hzتابش مادون قرمز میتواند با یک مولکول برهمکنش کند وبه آن انرژی منتقل کند اگر و تنها اگر که فرکانس تابش دقیقا همانی باشد که فرکانس نوسان مولکول است .وقتی مولکول این تابش را جذب کرد با دامنه بیشتری نوسان میکند در حالیکه همچنان فرکانس آن ثابت است.  تنها گاز هایی که گشتاور دو قطبی الکتریکی دارند میتوانند با نور قرمز برهمکنش داشته باشند. ‏ بنابراین گازهای تک اتمی مانند He,Hgو گازهای دواتمی مانند O2,Cl2نمیتوانند IRرا جذب کنند. شناسایی انرژی جذب شده وقتی مولکول IRرا جذب میکند ،انرژی بدست میآورد و شدیدتر نوسان میکند .این اثر مدت زمان کوتاهی دارد و مولکول برانگیخته بسرعت انرژی خود را به مولکول های دیگری که در نزدیکی خود دارد انتقال میدهد یعنی به آنها برخورد میکند و موجب تند تر شدن حرکت آنها میشود. سرعت مولکولی که زیاد شود به این معنی است که دمای گاز و اتاقک اندازه گیری زیاد میشود و در نتیجه فشار باال میرود . P0 T0 Absorption of infrared radiation T>T0 P>P0  ‏ ‏ نکته اصلی اینجاست که اکنون راهی را برای اندازه گیری مقدار نور جذب شده مورد جستجو قرار دهیم.مقدار نوری که جذب شده هم بوسیله اندازه گیری انرژی گرمایی قابل محاسبه است و هم بوسیله اندازه گیری افزایش فشار.. هر دوی این پارامترها وابسته به غلظت مولفه های جذب کننده هستند .از اندازه گیری انرژی گرمایی ،چون که دتکتورهای Calorimetricزمان جوابگویی کمی ندارد وبه اندازه کافی حساس نسیتند صرف نظر میکنیم چون که اینجا با گازهای بسیار سمی سروکار داریم .پس ترجیح بروی اندازه گیری پارامتر افزایش فشار میرود. اینجاست که نوبت شگرد PASمیرسد. دتکتور ‏ ‏ یک میکروفون ،دتکتور عالی برای فشار ناثابت است که قابلیت حساسیت باال و پایداری زیاد را در خود دارد. چون که میکروفون نوسانات فشار را بسیار بهتر از تغییرات ثابت فشار دتکت میکند ،باید شعاع نوری دستگاه photoacousticما ،مدوله شود تا مراحل فشاری متغیری در اتاقک اندازه گیری بوجود آورد.  ‏ ‏ ‏ یک Condenser Microphoneازغشایی باریک فلزی تشکیل شده و در نزدیکی پشت آن صفحه محکمی قرار دارد. از این ترکیب خازنی درست میشود با دی الکتریک هوا که تغییر فاصله بین صفحه ها موجب تغییر ظرفیت آن میشود. وقتی فشار اتاقک افزایش و یا کاهش می یابد غشای نرم و قابل انعطاف به جلو و عقب حرکت میکند حرکت میکند و در نتیجه ظرفیت تغییر میکند .این ظرفیت با اعمال کردن بار به میکروفون و اندازه گیری اختالف ولتاژ اندازه گرفته میشود. این ولتاژ ACدقیقا همان اهنگ تغییرات فشار صوت در اتاقک اندازه گیری است. مقیاس اندازه گیری ‏ ‏ ‏ ‏ وقتی مقادیر ناچیزی از گاز جذب کننده در اتاقک قرار دارد ، تغییرات دمایی و فشاری و همچنین انحرافات غشا نیز بینهایت کوچک است. برای گازی که غلظت آن در پایین ترین حد دتکت شدن یعنی در حدود چند قسمت بر بیلیون باشد ،افزایش دما در حدود K 8-10و افزایش فشار نیز در حدود Pa 5-10است .این اندازه های کوچک موجب انحراف غشای میکروفون به اندازه m 14-10 خواهد شد. چنین فاصله ای فقط کمی بزرگتر از قطر یک الکترون است-10 : .m 15 این اندازه با این مثال روشن میشود که غشایی به اندازه زمین حدود ‏mm 0/1انحراف داشته باشد.  البته علیرغم این مقادیر بسیار کوچک ،میکروفونی با حساسیت 50mV/Paاجازه اندازه گیری غلظتهای ناچیز را به ما میدهد .ویژگی قابل توجه میکروفون یکی زمان جوابگویی آن است که در حدود 6s-10میباشد و دیگری پایداری آن است .یعنی در دمای اتاق از نظر تئوری حساسیت آن در هر 250سال کمتر از %1/1 تغییر میکند. طیف مادون قرمز ‏ ‏ .1 .2 اگر گازی در معرض تابش IRدر محدوده 2/5μmتا 15 μmقرار گیرد با اندازه گیری مقدار نور جذب شده در هر طول موج به یک طیف IRمیرسیم .نام عمومی وسایلی که طیف به دست میدهند Spectrophotometerاست. دو راه برای اندازه گیری مقدار نور جذب شده وجود دارد: اندازه گیری ) transmittance (Tیا گذر اندازه گیری ) absorbance (Aیا جذب  در یک طول موج مشخص ،برای یک گاز رابطه ای بین Tو Aوجود دارد که به صورت زیر است:  اگر Tمستقیما اندازه گیری شود و در رابطه جایگزاری شود به ما Aرا میدهد ،اما با این روش ما که در اندازه گیری گذر ( )Tخطا داریم ،این موجب بروز خطای بزرگتری در محاسبه جذب ( )Aمیشود( به علت خواص معادله باال) .تنها راه رفع این اشکال اندازه گیری مستقیم Aاست این همان روش photoacousticاست. پس photoacousticروش دقیقتری است و برای تحلیالت کیفی مناسب.  هر نوع ماده طیف IRخاص خود را دارد و طیفها برای مواد مختلف شناخته شده در منابع آورده شده است . شناسایی مواد هم بوسیله مقایسه طیف انها با طیف های استاندارد قابل دست یابی است .این نوع بررسی امروزه بسیار سریع تر از گذشته انجام میشود بخاطر فواید وجود کامپیوتر های بسیار سریع در امور ذخیره و بازیابی اطالعات و همچنین پردازش آنها.  برای تحلیل کمی گازها معموال کافی است که آنها را با طول موج هایی مورد تابش قرار دهیم که آن گاز بیشتر جذب میکند. اگر قصد دتکت کردن تعدادی گاز را در یک نمونه داشته باشیم ،باید با طول موج هایی که هر گاز داخل نمونه بیشتر جذب میکند مومه را زیر تابش قرار دهیم .تقریبا تمامی گاز های موجود با این روش قابل دتکت هستند. اگر تداخل دو گاز غیر قابل اجتناب باشد از تکنیک cross-compensatingاستفاده میکنیم.  حجمی که یک دستگاه photoacousticاستفاده میکند خیلی کم است .این حجم که در حدود 3cm3میباشد در مقایسه با روشهای دیگر اسپکتروسکوپی که 3تا 4لیتر از نمونه الزم دارند بسیار قابل مالحظه است .عالوه بر این برتری ،کم بودن حجم مصرفی موجب باال رفتن زمان پاسخ گویی نیز هست. زمان جوابگویی ‏ .1 .2 ‏ در یک دستگاه photoacousticبه دالیل زیر این زمان بطور قابل مالحظه ای کوچک است: استفاده ازیک میکروفون به عنوان دتکتور استفاده از حجم کوچک برای اتاقک اندازه گیری ()cm3 3 بعالوه خیلی از دستگاه های غیر اسپکتروسکوپیک زمان زیادی برای شروع مجدد دارند .یعنی هنگامیکه یک بار اندازه گیری انجام شد برای اینکه دوباره دستگاه آزمایش نمونه بعدی را شروع کند زمان زیادی مثال حدود یک ساعت سپری میشود .اما در دستگاه spectroscopyو مخصوصا photoacousticاین زمان به 1دقیقه کاهش می یابد که این از فواید آن دو ویژگی ذکر شده در باال میباشد. عملیات PAS ‏ ‏ ‏ ‏ ‏ منبع نور مادو قرمز درون یک آینه شلجمی قرار میگیرد تا نور را به درون اتاقک متمرکز نماید. chopperبا فرکانس معلوم میچرخد و نور را مدوله مینماید و این پالس نوری داخل سلول اندازه گیری میرود. فیلتر ها این اطمینان را میدهند که نور با همان طول موجی که میخواهیم به داخل سلول میرود. کل فرآیند بدین صورت است که ابتدا پمپ اتاقک را پاک میکند و نمونه جدید را به اتاقک میآورد .دریچه های ورودی و خروجی بسته میشوند و اندازه گیری آغاز میشود .منبع IRروشن میشود و پره میچرخد و میکروفون شروع به دریافت سیگنالها میکند .چرخ فیلتر ها نیز با چرخیدن و قرار دادن هر فیلتر به نوبت در مسیر نور میتواند همگی فیلتر ها را آزمایش کند. در انتها دستگاه غلظت هر گاز را محاسبه میکند و نتایج را نشان میدهد و دوباره تمام این فرآیند برای نمونه بعدی تکرار میشود. انواع PAS اصل کلی طرز کار یک دستگاه photoacousticبدین صورت بود .اما در درون خود این روش ،تکنیک ها و متد های بسیاری وجود دارد که هر کدام کاربرد مخصوص خود را دارد .بعضی از این روش ها که مخصوص دتکت کردن گاز ها هستند در زیر آورده شده اند : ‏ Discrete Sampling – Non-dispersive PAS که با کمی جزئیات همانی بود که در اینجا تقریبا شرح داده شد  ‏Discrete Sampling – FTIR/PAS تکنیکی که در آن فیلتر های نوری و پره مدوالتور جای خود را به یک تداخلسنج مایکلسون میدهند. این تکنیک از قویترین تکنیکهای موجود میباشد که دستگاه منحصر بفردی بوجود میآورد. در حقیقت با این تکنیک دستگاه مجهز به بینهایت فیلتر نوری میشود.  ‏ ‏Continuous Flow – PAS سیستمی که در آن Realtime Monitoringانجام میشود .یعنی همواره یک جریان از نمونه با سرعت ثابت کنترل شده از اتاقک عبور میکند .البته این جریان دائمی سبب ایجاد تالطم هایی در اتاقک اندازه گیری میشود که باعث بوجود آمدن نویز روی میکروفون میشود. در انتها اگر که یک ) Magneto Acoustic detector (MAبا PhotoAcoustic detectorترکیب شود میتوان اکسیژن را نیز مونیتور کرد.و کاربرد آن در مونیتور کردن فرآیند تخمیر ها است که مصرف اکسیژن نشانگر عملکرد واکنش هاست. ‏ نظارت ‏ اکثر ابزار هایی که بر پایه photoacousticهستند فقط در هر سه ماه احتیاج دارند که تنظیم آن ها چک شود. جعع بندی زمان جوابگویی باال زمان راه اندازی سریع بسیار دقیق بسیار کم هزینه قابل اطمینان … دستگاه نمونه                RESPONSE TIME: The fastest response time for one gas is 13 s and for 5 gases and water vapour 40 s Dimensions: Height: 175mm (6.9 in). Width: 483mm (19 in). Depth: 375mm (14.8 in). Weight: 14 kg (30.8lbs). 27 optical filters: UA0968 – UA0989 and UA0936 Optical Filters UA6008 Optical Filter UA6009 Optical Filter UA6010 Optical Filter UA6016 Optical Filter UA1098 Span Calibration منابع  www.innova.dk  www.entek.chalmers.se  www-mtl.mit.edu  www.priorartdatabase.com