差分吸收法介紹

概念

差分吸收法是利用吸收線上和線外的吸收差異而進(jìn)行探測的方法。更一般地說，在吸收城附近進(jìn)行掃描測量，稱為吸收光譜法，這時(shí)的探測結(jié)果將更為準(zhǔn)確。

差分吸收法原理

差分吸收光譜是基于比爾朗伯定律，依靠痕量氣體的指紋吸收特征來實(shí)現(xiàn)定量測量的，其特別的地方在于采用差分技術(shù)排除了氣溶膠和儀器反射等因素的消光影響，目前所采用波段絕大多數(shù)為紫外可見波段，不過也有人將其推廣到紅外波段，以測量甲烷和二氧化碳等成分。DOAS目前主要應(yīng)用于測量對流層和平流層中的大氣痕量氣體的濃度分布和變化，如二氧化硫，二氧化氮，臭氧，甲醛，苯，甲苯，亞硝酸和OClO等，當(dāng)前也可用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)分析。DOAS系統(tǒng)按照光源可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式，前者采用氙燈為光源（現(xiàn)在很多人在研究如何用LED代替昂貴易損的氙燈，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還不錯(cuò)），后者采用太陽光或月光為光源。

根據(jù)朗伯-比爾定律，處在某一長度為L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，就可以確定被測氣體的濃度N，這種分析方法稱為絕對吸收光譜法。 實(shí)際上在光程較長時(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，對應(yīng)的吸收截面為差分吸收截面。比較被測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)算出被測氣體的濃度。

差分吸收法優(yōu)點(diǎn)

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

2、由于該方法是非接觸性測量，因而可以避免一些誤差源的影響，比如檢測對象的化學(xué)變化、采樣器壁的吸附損失等，這特別適合于測量一些性質(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量周期短、響應(yīng)快，并且儀器可實(shí)現(xiàn)紫外到可見光譜區(qū)的掃描，從而用一臺(tái)儀器可實(shí)時(shí)檢測多種不同氣體的質(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。