Fotoakustická spektroskopie (PAS)

Analýza plynů u environmentálních a průmyslových emisí, pro pracovní hygienu a při sledování anestézie.

Plynové nástroje pro fotoakustickou spektroskopii (PAS) se osvědčily v praxi hned v několika oborech. Technika PAS je vysoce přesná, stabilní a měří přímo bez ohledu na pozadí. Nevyžaduje žádný nosný plyn ani spotřební materiál.

Fotoakustická detekce

Při fotoakustické spektroskopii (PAS) se měřený plyn ozařuje modulovaným světlem s předem zvolenou vlnovou délkou. Molekuly plynu pohlcují určitou část světelné energie a přeměňují ji na akustický signál, který je rozpoznáván mikrofonem. Infračervený zdroj je kulovité vyhřívané černé těleso. Jakmile světlo projde světelným chopperem (rotujícími zrcadlovými segmenty) a optickým filtrem, zaměří zrcadlo toto světlo na průzor cely PAS. Chopper je štěrbinovitý kotouč, který se otáčí a jenž efektivně „zapíná a zhasíná“ světlo. Optický filtr je úzkopásmový filtr infračerveného rušení.

Po průchodu přes okénko světelný paprsek pronikne do cely PAS. Pokud se frekvence světla shoduje s absorpčním pásmem plynu v cele, pohltí molekula plynu část světla. Čím vyšší je koncentrace plynu v cele, tím více světla bude pohlceno. Když plyn absorbuje energii, dochází k jeho ohřevu. Tím se rozpíná, čímž narůstá tlak. Jelikož je světlo přerušované, tlak se střídavě zvyšuje a snižuje. Tak se generuje akustický signál. Akustický signál je detekován dvěma mikrofony. V zesilovači se přidají elektrické výstupní signály ze signálů mikrofonů. Následně dojde k jejich zpracování.

Výhody PAS

Fotoakustické měření plynu vychází z týchž základních principů, jako běžné infračervené analyzátory plynu, tedy ze schopnosti plynů pohlcovat infračervené záření. Mezi PAS a těmito konvenčními technikami však existuje několik významných rozdílů.

Absorpce (úměrná koncentraci) se měří přímo, nikoli vzhledem k pozadí. Znamená to, že PAS je vysoce přesná. Vykazuje jen velmi malou míru nestability. Dále lze s PAS sledovat veškeré plyny i páry souběžně v jedné měřicí komoře, protože můžete detekovat jednotlivé substance individuálně.

Objem vzorku je nakonec velice malý. Je to způsobeno malým objemem cely. Můžete měřit objemy až do 10 ml.

Světelný zdroj

Typ světelného zdroje, jenž se nejvíce hodí pro detekci a analýzu plynů, je takový, který emituje záření v infračervené oblasti elektromagnetického spektra, především pak v rozmezí od 650 do 4000 cm-1.

Nejběžnějším zdrojem infračerveného záření je sluneční světlo. Právě to využil Alexander Bell v jeho průkopnických experimentech s fotoakustikou. I když je nepochybné, že ten nejlevnější dostupný zdroj není, jak sám podotýká, tím nejspolehlivějším.

Vynikající a spolehlivější alternativou k slunečnímu světlu je žárovkové světlo. Nejjednodušším typem je vodicí žhavicí vlákno zahřáté na vysokou teplotu. Jeho největší výhody spočívají v jeho stabilitě, finanční nenáročnosti a dlouhé životnosti. Spektrální výstup je spojitý, přičemž 70 až 80 % z něj se nachází v infračervené oblasti.

Pro spektroskopii vyžadujeme úzkopásmové záření. Z tohoto důvodu se žárovka používá společně s optickým systémem, jenž výběrově vpouští požadované pásmo vlnových délek. Filtry se používají pro ozařování pevnými vlnovými délkami. Pro průběžné nastavování lze použít difrakční mřížky, hranoly (prismata) nebo interferometrii.