236 mb - 仪器谱.pdf

空气质量自动监测系统差分光学吸收光谱 DOAS仪器原理及应用 二零零七年四月 天津市环境监测中心 冯剑秋祁国伟 1 汇报提纲 一、DOAS系统发展与现状 二、DOAS测量方法简介 三、常用DOAS仪器结构组成 四、DOAS监测仪器的校准检验 五、故障及排除 2 一、DOAS系统发展与现状 3 一、DOAS系统发展与现状 •1、什么是DOAS系统 差分光学吸收光谱技术，简称DOAS技术 (Differential Optical Absorption Spectroscopy) ）在20 世纪70 年代由PLATT等人提出,该方法是利用光线在 大气中传输时,大气中各种气体分子在不同的波段对 其有不同的差分吸收的特性来反演这些微量气体在大 气中的浓度。 到20 世纪80 年代末，DOAS技术作为一种空气 监测系统在欧盟范围内得到了广泛的认可。 4 一、DOAS系统发展与现状 •2、差分吸收光谱方法具有以下优点： ①差分吸收光谱系统的监测范围很广,所测得的气体浓度是沿几百米 到几公里长的光路上的气体浓度的均值,可以消除某些污染排放源对 测量的干扰,所以测量结果更具有代表性。 ②由于该方法是非接触性测量,因而可以避免一些误差源的影响,比 如检测对象的化学变化、采样器壁的吸附损失等，这特别适合于测 量一些性质比较活泼的气体分子和离子的质量浓度。 ③差分吸收光谱方法的测量周期短、响应快,并且仪器可实现紫外到 可见光谱区的扫描,从而用一台仪器可实时检测多种不同气体的质量 浓度。 ④DOAS系统采用光学仪器比较稳定，因此，维护量小，运行费用 低。 此外，差分吸收光谱技术可对光谱反演算法中剩余光谱成分的分析， 在揭示空气中尚未发现的成分方面有很大的潜力。 5 一、DOAS系统发展与现状 •3、差分吸收光谱方法具有一些不足： DOAS系统也存在一些不足，比如对环境的要求比较高，在浓 雾、大雨、沙尘暴天气,信号被大幅度衰减，而使接收端得不到足够 的光强信号时，该仪器不能正常运行。 6 二、DOAS测量方法简介 7 二、DOAS测量方法简介 • （一）DOAS测量原理 根据朗伯- 比尔定律，处在某一长度为L的光程中的某种气体的 浓度N和发射端发出的光强I0(λ)及接收端接收到的光强I(λ)有以下关 系： I (λ) = I0(λ) e-LNσ(λ) 如果知道了I (λ)、I0(λ)、L、σ(λ)的大小，就可以确定被测气体 的浓度N，这种分析方法称为绝对吸收光谱法。 实际上在光程较长时，我们通常采用差分吸收光谱法。 差分吸收光谱系统的基本原理是利用气体分子对光线的差分吸 收。在紫外和近紫外附近,分子的吸收光谱主要是由分子或原子的电 子跃迁引起的,该吸收光谱包括慢变的宽带吸收和快变的窄带吸收, 去除宽带吸收剩下窄带吸收后,通常称这个窄带吸收为差分吸收,对 应的吸收截面为差分吸收截面。比较被测气体的差分吸收光谱和差 分吸收截面，用最小二乘法拟合，可以计算出被测气体的浓度。1