DOAS差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)的測(cè)量原理及優(yōu)勢(shì)

差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)，簡(jiǎn)稱DOAS技術(shù)(Differential Optical Absorption Spectroscopy) ）在20 世紀(jì)70 年代由PLATT等人提出,該方法是利用光線在大氣中傳輸時(shí),大氣中各種氣體分子在不同的波段對(duì)其有不同的差分吸收的特性來(lái)反演這些微量氣體在大氣中的濃度。 到 20 世紀(jì)80 年代末，DOAS技術(shù)作為一種空氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在歐盟范圍內(nèi)得到了廣泛的認(rèn)可。

DOAS測(cè)量原理

根據(jù)朗伯-比爾定律，處在某一長(zhǎng)度為L(zhǎng)的光程中的某種氣體的濃度N和發(fā)射端發(fā)出的光強(qiáng)I0(λ)及接收端接收到的光強(qiáng)I(λ)有以下關(guān)系：

I (λ) = I0(λ) e-LNσ(λ)

如果知道了I (λ)、I0(λ)、L、σ(λ)的大小，就可以確定被測(cè)氣體的濃度N，這種分析方法稱為絕對(duì)吸收光譜法。 實(shí)際上在光程較長(zhǎng)時(shí)，我們通常采用差分吸收光譜法。 差分吸收光譜系統(tǒng)的基本原理是利用氣體分子對(duì)光線的差分吸收。在紫外和近紫外附近,分子的吸收光譜主要是由分子或原子的電子躍遷引起的,該吸收光譜包括慢變的寬帶吸收和快變的窄帶吸收,去除寬帶吸收剩下窄帶吸收后,通常稱這個(gè)窄帶吸收為差分吸收,對(duì)應(yīng)的吸收截面為差分吸收截面。比較被測(cè)氣體的差分吸收光譜和差分吸收截面，用最小二乘法擬合，可以計(jì)算出被測(cè)氣體的濃度。

差分吸收光譜技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1、差分吸收光譜系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)范圍很廣,所測(cè)得的氣體濃度是沿幾百米到幾公里長(zhǎng)的光路上的氣體濃度的均值,可以消除某些污染排放源對(duì)測(cè)量的干擾,所以測(cè)量結(jié)果更具有代表性。

2、由于該方法是非接觸性測(cè)量,因而可以避免一些誤差源的影響,比如檢測(cè)對(duì)象的化學(xué)變化、采樣器壁的吸附損失等，這特別適合于測(cè)量一些性質(zhì)比較活潑的氣體分子和離子的質(zhì)量濃度。

3、差分吸收光譜方法的測(cè)量周期短、響應(yīng)快,并且儀器可實(shí)現(xiàn)紫外到可見(jiàn)光譜區(qū)的掃描,從而用一臺(tái)儀器可實(shí)時(shí)檢測(cè)多種不同氣體的質(zhì)量濃度。

4、DOAS系統(tǒng)采用光學(xué)儀器比較穩(wěn)定，因此，維護(hù)量小，運(yùn)行費(fèi)用低。 此外，差分吸收光譜技術(shù)可對(duì)光譜反演算法中剩余光譜成分的分析，在揭示空氣中尚未發(fā)現(xiàn)的成分方面有很大的潛力。

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