图1给出了一种实现导数光声光谱的方法：用一台单色仪、一个分光棱镜和一个互补调制器（具有互补调制功能的斩波器），构成时间分辨导数光谱实验系统。

图1时间分辨实现导数光声光谱实验系统方框图

根据导数光声光谱的原理，要得到光声光谱的导数，必需满足两个基本条件：一是要同时获得两束光强相等而且波长有微小差别的光束I(λ+Δλ)和I(λ)，使它们在光声探测器内产生的光声信号分别为S(λ+Δλ)和S(λ)；二是要实现光声信号S(λ+Δλ)和S(λ)的差分。

如图2所示，从单色仪出射的单色光被一个三棱镜分成光强大小相等的上下两束，这两束光对称地入射到斩波器，设t时刻上束光通过，此时光束波长为λ，光声池内产生的光声信号为S(λ)；t+Δt时刻下束光通过，由于单色仪连续扫描，此时光束波长为λ+Δλ，光声池内产生的光声信号为S(λ+Δλ)。斩波器同时对这两束光互补调制，使这两束光相位差为π，当会聚装置把它们会聚到一点时，两束光实现光强相减。扫描单色仪波长，将得到的差分信号送入锁相放大器处理，通过采集卡采集数据，从而得到一阶导数光谱。探测器最后输出的信号的大小决定于二光束的强度之差。波长差Δλ由斩波器的转动频率和单色仪的扫描速度共同决定，频率越大、扫描速度越慢，则上下两束光的波长差越小。

图2时间分辨实现导数光声光谱原理图

实验中需确保光源平行并垂直入射到单色仪的入射狭缝，光源的调整必须结合对单色仪的调整。首先在入射狭缝前放置激光器，使激光束照亮入射狭缝。将入射狭缝和出射狭缝开大，使出射狭缝的中间处成一明亮的光斑。然后减小入射狭缝和出射狭缝，使光束刚好完全射到入射狭缝的中间，并且出射光仍能获得较大的亮度。为了充分利用进入单色仪的光能，调节光源的高度和位置及单色仪的高度使入射光束垂直入射到凹面反射镜的中心，并且和光栅反射回来的光束在同一水平面上。然后测出射光束是否水平，如水平说明光源已经调整好了。之后对单色仪进行定标，通常单色仪出厂时一般己经校准，并附有定标曲线的数据或图表供查阅，但经过运输、长期的使用或重新装调后，其数据会有偏离，因此需要重新标定，作出校准曲线，这样就可以由鼓轮读数得知出射光的波长。标定单色仪时借助一些波长己知的线状光谱的光源进行的。若要得到较多的校准点，也可选用一组光源。由于氦一氖激光有确定的中心波长，单色性好，稳定性好，因此本实验采用氦一氖激光器进行单色仪的校准。己知氦一氖激光器的激光光谱的中心波长为632.8nm。调整好光源后，反复用手动从短波到长波扫描波长，用功率计测出光强大小，找出出射光强最强时的波长读数，然后停止扫描，若此波长正是632.8nm，则证明单色仪是己校准的，否则应将此时波长显示字轮的读数调整为632.8nm。调试好光源和单色仪后，使出射光垂直入射到三棱镜底面，上下调整三棱镜高度，使出射光分成上下两束，调整分束棱镜后面的透镜使上下两束光刚好被斩波器调制成位相相反的光，调整会聚透镜，使调制后的两束光能刚好会聚在光电池内的一点。

出射狭缝的宽度d=0.1mm，单色仪扫描速度为6.25nm/min，时间常数为3s，调制频率为30Hz，锁相放大器的灵敏度为20mv。用碳黑作为吸收样品进行实验，可以得到如图3的光谱。

图3光声吸收谱(a)与一阶导数光声光谱谱(b)

使用该方案对三株人鼻咽癌细胞(SUNE-1，CNE-2，CNE-1)光生物学行为研究，测量其归一化吸收光谱和光谱吸收系数。发现这三株人鼻咽癌细胞的光谱吸收系具有明显的差异。为了进一步了解放射剂量对光谱吸收系数的关系，选择放射剂量为0-3800Gr进行实验，测出这三株人鼻咽癌细胞的光谱吸收系数对X光放射剂量的依赖关系的初步实验结果。将SUNE-1，CNE-2和CNE-1分别作常规传代培养，培养液为含10%胎牛血清的RPMI1640(100ug青霉素/ml+100ug链霉素/ml)。待细胞处于指数生长期时，用0.05%胰蛋白酶消化、计数并配成每支离心管含1x10⁶个细胞的单细胞悬液，离心后分别将上述三种沉淀的细胞涂贴在三个做好标记的样品池中，另取培养液一滴于第四个样品池作为对照，空气干燥后即用作光声光谱检测。

图4人鼻咽癌细胞SUNE-1和CNE-1光声光谱关系图

图5人鼻咽癌细胞CNE-2和CNE-1关系图

图6胎盘兰光声吸收谱图

图7三株人鼻咽癌细胞染色后的光声吸收谱

来自《导数光声光谱技术及其应用》

《导数光声光谱技术及其在生物医学上的应用》