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光腔衰荡光谱技术（CRDS）在碳监测中的应用

为积极参与“温室效应”全球治理，中国向全世界做出“双碳”承诺。面对

这项国际上排放规模最大、排放降速最快、转型任务最重、投入成本最高的复杂

系统工程，生态环境部印发了《碳监测评估试点工作方案》（环办监测函〔2021〕

435号），要求以碳达峰目标与碳中和愿景为引领，落实减污降碳总要求，聚焦

重点行业、重点城市和重点区域，开展碳监测试点工作。

根据《方案》精神，《城市大气温室气体监测点位布设技术指南（第一版）》

《碳监测试点城市高空间分辨率温室气体排放清单编制技术指南（试行）》《高精

度CO、CH、NO（光腔衰荡法）分析仪操作规程》等涉及点位布设、排放清单、

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操作规程等的系列技术指南也相继出台。其中，光腔衰荡光谱技术（CRDS）作为

被首个推荐的监测技术，得到重点关注。

光腔衰荡光谱技术（CRDS），是近几年来迅速发展起来的一种高灵敏度的吸

收光谱检测技术，可用来探测样品的绝对的光学消光，包括光的散射和吸收。其

技术原理为：几乎每种小的气相分子（如CO，HO，HS，NH）都具有独特的近

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红外吸收光谱。在低于大气压的压强下，光腔衰荡光谱由一系列具有特征波长的

狭窄、分辨良好的尖锐波普曲线组成，通过测量该波长吸收度，即特定吸收峰的

高度就能确定任何物质的浓度。

相比传统的红外光谱仪，因痕量气体产生的吸收量太少便无法测量，灵敏度

通常只能达到ppm级别；光腔衰荡光谱技术（CRDS）通过使用长达数公里的有效

吸收光程，能在几秒钟或更短的时间内对气体进行监测，灵敏度达到ppb级别，

甚至有些气体可以达到ppt级别。而且，光腔衰荡光谱技术（CRDS）相较于其他

吸收光谱方法还有两个主要的优点：

1.不受激光强度波动的影响

在大多数吸收测量中，光源光强必须假定是稳定，不会因有无样品而改变。

任何光源光强的漂移都会在测量中引入误差。在光强衰荡光谱中，衰荡时间并不

取决于激光的强度，因此这种激光强度的波动都不再是问题，光腔衰荡光谱也就

不需要用到外部标准进行校准或对照。

2.高灵敏度、长吸收长度

由于光在反射镜之间被来回反射了很多次，使得光强衰荡光谱拥有非常长的

吸收长度。例如，激光脉冲来回通过一个一米的光腔500次，就会带来1公里的

有效吸收长度。所以，光强衰荡光谱在吸收测量中，最小可探测吸收正比于样品

的吸收长度，且非常灵敏。

再加上信噪比高、抗干扰能力强等先进的技术优势，光腔衰荡光谱技术（CRDS）

现已成为分析各种微量或痕量物质强有力的工具，被广泛应用于探测气态样品在

特定波长的吸收，并可在万亿分率的水平上确定样品的摩尔分数。

以深邦高精度温室气体分析仪为例，借助光腔衰荡光谱技术（CRDS），该仪

器可全面满足CO、CH、NO、CO等温室气体的快速准确监测需求，实现ppb级

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超高灵敏度，精确度和准确度无飘移；气体浓度实时显示，无需后处理，数据可

连续存储，进行无需操作者干预的测量；并兼具实时在线检测、高精度计算、卓

越稳定性能、多场景适用等特点。