光声光谱技术在层状物质的逐层分析研究中的应用-声乞谬.pdfVIP

维普资讯 I。光声相位精细谱技术 吴 鸣 王之玉 俞稼镛 门 7’ 中国科学院、中国石油天然气总公司腔体与界面科学联台实验室 ，100101 北京 摘 要 本文提出光声相位精细谱法 (PAPFS)。通过对层状物初始态光声相位扫描和对 由此产生 的PAPFS曲线的解析 ，可获取各层与光学热学和空间坐标相关的有价值的信息。本文用该法对彩 色相纸作了逐层分析 并将结果与 电镜作了比较 。与PAPFS相关的层状物光声理论将在本文第 H 部分 中涉及。 关键词 光声效应， 位扫描， 逐层分析． 层状物质 ． 光声相位精细谱 声乞谬 一 、 引 言 层状物质的逐层分析多以电镜技术为主。通过对试样的逐层剥离以确定各层理化性质，通 过剖面切片的电镜观测以确定各层的空间坐标及粒子的排列方式。但是 ，这种分析方法是以破 坏样品为前提的，而且在实际操作中人们也会发现对电镜样品的切片处理常常导致剖面受挤 压变形的不利结果。另一方面 ，电镜观测是不能为研究者提供层状样品各层的与光学性质和热 学性质相关的信息的 自Adam和Kirkbright1976年提出用光声技术检测材料厚度或热学性质的研究工作 “以 来，层状物的光声理论和实验研究有了相当的进展。当被测物吸收光子并作无辐射跃迁时，试 样的热扩散长将受到光源调制频率的影响。若以调制频率为参数测光声谱，则能获取试样纵深 方 向上的光吸收性质。另一方面，当调制频率保持不变时，改变相位因而改变了检测弛豫时间， 光声信号也能反映试样深度上的光吸收信息。利用锁相放大器的同相或交相检测技术 ·也能获 取试样近于或远离表面的光学或热学信息。 在 以逐层分析为 目的实验上，改变相位的方法更为有效和容易实现。这是因为大多数光 斩波频率的机械调制响应时间较长不利于快速检测，而且斩波频率的改变将会改变系统的1／ ，噪声情况及光声池的亥姆赫斯共振条件 。连续平稳的相移不能依靠手动调节 。由微机的D／A 信号加在锁相放大器中的相移器上来完成这一过程是十分理想和便利的。 Betteridge等人用微机辅助进行光声逐层分析是一个有益的尝试 ：。他们测定了双层物质 的同相谱和交相谱 ，并利用它们之间的余弦函数关系用计算机导出了任一相位时的光声光谱。 我们认为，这种方法要求 同相和交相 问的光声信号连续变化，即双层物质中的各层质点要以 通讯联系^ 中国科学院大连化学物理研究所 1167012，原浙江林学院基础部 1990年2月4日收 维普资讯 lO8 一 定递度分布于各层，层间无接触界面，另外同相谱和交相谱必须分别是各层的吸收信号。 Helander等人在研究层状物光声理论 时对彩色胶片作了测定 ]。他们小心地将底片曝光，得 到黄片和品片。通过与黑片的 比较 ，分析和估计 了黄品青吸收层的相位 。它们进一步假定底片 的热性质与水相同，大致得到了黄品青吸收层的空间位置 这一工作是具有启发性的。 本文提出光声相位精细谱法 (photoacousticphase—finespectroscopypapfs)。通过对彩色 相纸这样的多层物质的光声相位精细扫描 ，解析 了PAPFS信号变化与各吸收层及各非吸收 层的空间坐标关系和它们的光学热学特性，并将空间坐标的 PAPFS分析结果与电镜观测结 果作了比较。与 PAPFS相关的多层物质光声理论部分将在本文第 1部分 中涉及 。 二、实 验 方 法 1．蓑 置 采用 自制的微机联用单光束型光声光谱仪。光源采用500W 氙灯。为避免杂波和谐波干 扰，光路使用石英纤维光缆 (直径15ram)连接和经过400nm 以下截止滤光片。测量仪器的工 作状态、数据采集和各种处