差分光學吸收光譜技術的測量原理及優勢分析

差分光學吸收光譜技術，簡稱DOAS技術(Differential Optical Absorption Spectroscopy) ）在20 世紀70 年代由PLATT等人提出,該方法是利用光線在大氣中傳輸時,大氣中各種氣體分子在不同的波段對其有不同的差分吸收的特性來反演這些微量氣體在大氣中的濃度。 到 20 世紀80 年代末，DOAS技術作為一種空氣監測系統在歐盟范圍內得到了廣泛的認可。

DOAS測量原理

根據朗伯-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和發射端發出的光強I0(λ)及接收端接收到的光強I(λ)有以下關系：

 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，這種分析方法稱為吸收光譜法。 實際上在光程較長時，我們通常采用差分吸收光譜法。 差分吸收光譜系統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,通常稱這個窄帶吸收為差分吸收,對應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，用小二乘法擬合，可以計算出被測氣體的濃度。
 

差分吸收光譜優勢

1、差分吸收光譜系統的監測范圍很廣,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變化、采樣器壁的吸附損失等，這特別適合于測量一些性質比較活潑的氣體分子和離子的質量濃度。
3、差分吸收光譜方法的測量周期短、響應快,并且儀器可實現紫外到可見光譜區的掃描,從而用一臺儀器可實時檢測多種不同氣體的質量濃度。
4、DOAS系統采用光學儀器比較穩定，因此，維護量小，運行費用低。 此外，差分吸收光譜技術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現的成分方面有很大的潛力。