1 / 37

Fotoakustyczne badania cieczy

Fotoakustyczne badania cieczy. Barbara Pustelny. Seminarium ZFS 21.04.2004. A.G.Bell, Am.J.Sci. 20,305, 1880 pierwsza obserwacja zjawiska fotoakustycznego (w gazie). A.G.Bell, Phil. Mag. 11, 510, 1881 pierwsza propozycja zastosowania zjawiska fotoakustycznego – spektrofon

ismail
Download Presentation

Fotoakustyczne badania cieczy

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Fotoakustyczne badania cieczy Barbara Pustelny Seminarium ZFS 21.04.2004

  2. A.G.Bell, Am.J.Sci. 20,305, 1880 pierwsza obserwacja zjawiska fotoakustycznego (w gazie) A.G.Bell, Phil. Mag. 11, 510, 1881 pierwsza propozycja zastosowania zjawiska fotoakustycznego – spektrofon „w celu badania widm absorpcyjnych ciał w niewidzialnych częściach widma” M.E.Mercadier, C.R.Acad.Sci (Paris) 92, 409, 1881 natężenie dźwięku wytwarzane przez periodycznie zmienne oświetlenie cieczy wzrasta z temperaturą

  3. Plan • Wstęp • Generacja sygnału fotoakustycznego w cieczy • Klasyfikacja metod • Teorie • Rodzaje eksperymentu • Badane materiały • Badane parametry próbek • Wnioski

  4. Generacja sygnału fotoakustycznego w cieczy Generacja Absorpcja Procesy nieabsorpcyjne Termiczna deekscytacja Nietermiczna deekscytacja Elektrostrykcja Ciśnienie promieniowania Rozszerzalność cieplna Procesy fotochemiczne Wrzenie Przebicie

  5. Klasyfikacja metod Ze względu na długość fali Ze względu na miejsce generacji Pośrednie Bezpośrednie

  6. Klasyfikacja metod Ze względu na sposób wzbudzenia Impuls Modulacja Detekcja Czas Częstotliwość

  7. 4. Teorie opisujące zjawisko fotoakustyczne w cieczach Teorie opisujące zjawisko fotoakustyczne w cieczach • Zależne od rozpatrywanych zjawisk, rodzaju detekcji oraz rodzaju wzbudzenia • Jednocześnie transport ciepła i masy • Różne kształty źródła akustycznego

  8. 4. Teorie opisujące zjawisko fotoakustyczne w cieczach Teorie - modulacja • Pierwsze prace teoretyczne – lata 70-te – pod kierunkiem L.M. Lyamsheva • Teoria RG • P.Korpiun, Appl.Phys.Lett. 44, 675, 1984;P.Korpiun i in.,Can.J.Phys. 64, 1042, 1986;J.Srinivasan i in.,Appl.Phys. B43, 35, 1987;P.Korpiun i in.,Appl.Phys. A52, 223, 1991. • Składniki sygnału a) cieplny (entalpia); b) od zmian koncentracji; c) tłok cieplny.

  9. 4. Teorie opisujące zjawisko fotoakustyczne w cieczach Teorie - impuls Rodzaje źródeł akustycznych

  10. 4. Teorie opisujące zjawisko fotoakustyczne w cieczach Płaskie źródło Krótki impuls laserowy

  11. 4. Teorie opisujące zjawisko fotoakustyczne w cieczach Płaskie źródło Długi impuls laserowy Amplituda ciśnienia akustycznego nie zależy od współczynnika absorpcji

  12. 4. Teorie opisujące zjawisko fotoakustyczne w cieczach Płaskie źródło ś f.a. f.a. 0 z S.M.Park i in. Ultrasonics 29, 63, 1991

  13. 4. Teorie opisujące zjawisko fotoakustyczne w cieczach Płaskie źródło M.Sigrist, J.Appl.Phys. 60(7), R83, 1986 Dla długiego impulsu

  14. 4. Teorie opisujące zjawisko fotoakustyczne w cieczach Źródło cylindryczne C.K.Patel, A.C.Tam, Rev.Mod.Phys. 53(3) (1981) 517 - ciało stałe Dyfuzja termiczna istotna jest tylko, gdy czas trwania impulsu jest znacząco większy niż czas przejścia akustycznego

  15. 4. Teorie opisujące zjawisko fotoakustyczne w cieczach Źródło cylindryczne M.Lai, K.Young, J.Acoust. Soc.Am. 58(2), 1982 J.M.Heritier, Opt. Commun. 44, 267, 1983 Trwanie impulsu laserowego powinno być krótkie i promień wiązki optycznej powinien być mały

  16. 4. Teorie opisujące zjawisko fotoakustyczne w cieczach Źródło sferyczne

  17. 4. Teorie opisujące zjawisko fotoakustyczne w cieczach Źródło sferyczne C.L.Hu, J.Acoust.Soc.Am. 46, 778, 1969 M.Sigrist i in., J.Acoust.Soc.Am. 64, 1652, 1978 D.A.Hutchins, Can.J.Phys. 64, 1247, 1986 C.G.Hoelen i in., Proc.SPIE 2628, 308, 1995 G.J.Diebold i in., Acoustica 80, 339, 1994

  18. 5. Rodzaje eksperymentów Rodzaje eksperymentów • Rodzaje komórek • Rodzaje detekcji • Techniki eksperymentu

  19. Rodzaje komórek 5. Rodzaje eksperymentów PZT próbka okno kwarcowe

  20. 5. Rodzaje eksperymentów Mikrofon

  21. 5. Rodzaje eksperymentów Rodzaje komórek Varilab AB On-line Monitoring of Opaque Liquids by Photoacoustic Spectroscopy (PAS) T.Schmid, C.Helmbrecht, U.Panne, C.Haisch, R.Niessner, Annal. Bioannal. Chem. 375, 1130, 2003

  22. 5. Rodzaje eksperymentów Rodzaje detekcji • mikrofonowa • piezoelektryczna • inne • hydrofon • interferometryczna

  23. 5. Rodzaje eksperymentów Techniki eksperymentu • Spektroskopowa – nieprzezroczyste, wysoko rozpraszające, słabo absorbujące ciecze • Związane ze sposobem detekcji – częstotliwościowa i czasowa • Czasowo-rozdzielcza • Y.Shen i in., Appl.Opt., 39(22), 4007,2000 • rejestracja czasowego profilu sygnału fotoakustycznego (prędkość dźwięku, koncentracja analitu, współczynnik absorpcji optycznej)

  24. 5. Rodzaje eksperymentów R.G.Streams, J.Appl.Phys. 63(3), 640,1988 modulacja fazy dodatkowo wytworzonej fali akustycznej K.Julliard i in. Appl.Phys. B65, 601, 1997 jednoczesna modulacja na dwóch częstotliwościach, stosunek sygnałów laser CO2, glukoza

  25. 6. Badane materiały Koloidy, zawiesiny, mieszaniny N.S,Foster i in., Sens.Act. B77, 620, 2001woda w oleju P.Hodgson i in., Sens.Act. B29, 339, 1995 olej w wodzie Biowarstwy T.Schmid i in., Anal.Bioanal.Chem 375, 1124, 2003 Ciecze magnetyczne A.C.Oliviera i in. J.Magnetism and Mag.Mat. 252, 56, 2002

  26. 6. Badane materiały Ciekłe kryształy G.Puccetti i in., J.Chem.Phys. 108(17), 7258, 1998 badanie przejść fazowych ciekłych kryształów A.Mandelis i in., J.Appl.Phys. 70(3), 1771, 1991profil głębokościowy C.Glorieux i in., J.Appl.Phys. 78(5), 3096,1995profil głębokościowy własności cieplnych na swobodnej powierzchni nematyka N.A.George i in., Appl.PhysB 73, 145, 2001 efuzyjność cieplna

  27. 6. Badane materiały Morze Instytut Andreeva w Moskwie Ciecze biologiczne J.Wang i in, Trends in Anal.Chem., 15(7), 286, 1996 podczerwień Glukoza we krwi G.Spanner, R.Niessner, Fresenius’ J.Anal.Chem 335, 327, 1996 monitorowanie glukozy i hemoglobiny Z. Zhao, R. Myllylä, Meas.Sc.Techn., 12, 2172, 2001. patenty

  28. 7. Badane parametry próbek • Własności fizyczne substancji (własności optyczne, cieplne i akustyczne) • Identyfikacja i monitorowanie substancji • Inne

  29. 7. Badane parametry próbek Własności fizyczne Prędkość dźwięku S.Sainathan i in., J.Mol.Liq. 63, 283, 1995 Współczynnik absorpcji M.Chirtoc i in., J.Mol.Struc. 348, 469, 1995komórka OW, szeroki zakres, modulacja Y.Shen i in., Appl.Opt., 39(22), 4007,2000 koloidalny grafit i roztwór glukozy, fotoakustyka czasowo-rozdzielcza, hydrofon M.Terzic, M.Sigrist, J.Appl.Phys 67(8), 1990 określanie współczynnika absorpcji ze stosunku amplitud na powierzchni sztywnej i swobodnej

  30. 7. Badane parametry próbek Efuzyjność cieplna N. F. Leite, L.C.M. Miranda, Rev. Sci. Instrum. 63, 4398, 1992 J.A. Balderas-Lopez i in. Meas.Sci. Technol. 3, 1163, 1995 M.Maliński, L.Bychto, Mol.Quant.Acoust. 18, 179, 1997 J.A.Balderas-Lopez i in., Rev.Sci.Instr. 70(4), 2069, 1999 O.Delgado-Vasallo i in., J.Phys.D: Appl.Phys. 32, 593, 1999 N.A.George i in., Appl.PhysB 73, 145, 2001 – ciekłe kryształy A.Sikorska, B.Linde, J.Phys.IV France 99, 109, 2003

  31. 7. Badane parametry próbek Dyfuzyjność cieplna J.A.Balderas-Lopez, A.Mandelis, Int.J.Thermophys 23(3), 2002 Amplituda i faza sygnału

  32. 7. Badane parametry próbek Identyfikacja i monitorowanie substancji A.Mohacsi i in., Sens.Act. B79, 127, 2001monitorowanie koncentracji benzenu i toluenu w wodzie K.Julliard i in. Appl.Phys. B65, 601, 1997koncentracja glukozy i sacharozy w wodzie (napoje) T.Schmid i in., Annal. Bioannal. Chem. 375, 1130, 2003 monitorowanie nieprzezroczystych cieczy (barwników tekstylnych)

  33. 7. Badane parametry próbek Inne Badanie procesów dynamicznych Kinetyka reakcji fotochemicznych i fotobiologicznych - S.Braslawsky, S.Malkineksperymenty czasowo-rozdzielcze B. Schlageter i in., Sens.Act. B38-39, 443, 1997sensory do określania pH i stężenia CO2 w roztworach wodnych (LIOAS) E.M.Telles i in., Int.J.Infr.Milim.Wav. 22(4), 521, 2001szerokość linii i parametr nasycenia podczerwonych przejść laserowych

  34. 7. Badane parametry próbek Wykorzystanie innych efektów Przebicie dielektryczne F.J.Scherbaum i in. Appl.Phys. B63, 299, 1996przebicie dielektryczne w zawiesinach wodnych; ilość i rozmiar cząstek zawiesiny Kawitacja C.P.Lin i in, Appl.Phys. Lett. 72(22), 2800, 1998kawitacja poszerza sygnał fotoakustyczny G.Poltauf i in., Appl.Phys. A68, 525, 1999krótkie impulsy laserowe prowadzą do kawitacji wewnątrz absorbera; zastosowania medyczne T.Autrey i in., Rev.Sci.Instr., 74(1), 628, 2003 długi ciąg krótkich impulsów laserowych, histogram amplitud sygnału akustycznego; detekcja pojedynczych cząstek w czystych substancjach, rozkład rozmiaru cząstek i własności optycznych

  35. 7. Badane parametry próbek Również prace dotyczące kształtowania sygnału, optymalizacji J.P.Longtin i in., Int.J.Heat Mass Transfer, 40 (4), 951, 1997grzanie laserowe przezroczystych cieczy przez absorpcję wielofononową D.Kim i in., J.Appl.Phys. 89(10), 5703, 2001poszerzenie sygnału fotoakustycznego przez cienką warstwę T.Kitamori i in., J.Appl.Phys. 58(1), 268, 1885optymalizacja komórki O.V.Purchenkov i in.Rev.Sci.Instr. 67(3), 672, 1996optymalizacja komórki (do badań czasowo-rozdzielczych) S.J.Komorowski i in.,J.Appl.Phys. 62(7), 3066, 1987 badanie kształtu sygnału impulsowego

  36. 8. Wnioski • Metody wykorzystujące zjawisko fotoakustyczne – standard • Nowoczesne metody: impulsowe, z detekcją bezpośrednią • Opisywane są zastosowania • Miniaturyzacja • T.Kitamori, specjalne wydanie Fresenius’ J.Anal.Chem, 2001 • S.L.Firebaugh, J.Micromech.Sys. 10(2), 232, 2001 • Badania biologiczno-medyczne • Biomedical Optoacoustics (od 2000r. corocznie)

  37. 8. Wnioski W Zakładzie istnieje techniczny potencjał zastosowania zjawiska fotoakustycznego fotoakustycznego do badań cieczy badania własności cieplnych innych parametrów fizycznych również efektów nieliniowych także spektroskopia? Posiadamy: Lasery impulsowe (azotowy, barwnikowy, diody laserowe) Mikrofonowy układ detekcji Oscyloskop cyfrowy

More Related