差分吸收光譜技術和TDLAS氣體分析技術可用于檢測汽車尾氣

 

隨著我國城市汽車保有量的激增和交通堵塞情況的日益嚴重，機動車尾氣早已是城市空氣污染的重要元兇。尾氣污染問題嚴峻，監測治理刻不容緩。

 

差分光學吸收光譜技術（DOAS）

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技術已經作為一種空氣監測系統在歐盟范圍內得到了廣泛的認可，目前主要應用在SOx和NOx的檢測上，相較于傳統方法，DOAS的優勢如下：

監測范圍廣，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。

非接觸性測量，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。這一特性使得它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。

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，從而可用一臺儀器實時檢測多種不同氣體的質量濃度。

采用光學儀器比較穩定，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的光譜成分進行分析，在揭示空氣中尚未發現的成分方面有很大的潛力。

 

TDLAS氣體分析的技術原理

TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)是可調諧激光二極管吸收光譜技術的簡稱。

TDLAS屬于吸收光譜技術的一種，與以往的吸收光譜技術不同的是，它作為光源的可調諧激光二極管的線寬非常窄，遠小于被測氣體的譜線寬度和傳統紅外光源的線寬，使得被測氣體可以*不受其他背景氣體的干擾，有效避免了多種氣體交叉干擾所帶來的檢測誤差。這種優秀的單模特性，使激光的調制頻率能達到GHz數量級，而且發射的激光可在極窄波長范圍內進行調諧。

TDLAS技術主要通過光被氣體分子吸收形成的吸收光譜來對被測氣體的濃度進行測量。可調諧二極管激光光源發出一定波長的激光，通過裝有一定濃度待測氣體的吸收池，被測氣體受激吸收，使激光束的光強發生衰減。這種衰減包含了被測氣體的濃度信息，測量的理論基礎是朗伯-比爾定律(Lambert-Beer law)。

 

采用DOAS和TDLAS聯用，同時對汽車尾氣中NOx、SOx及COx、未燃碳氫化合物HC等進行實時監控。測量時將系統放置在道路一邊，將反射裝置放置在道路的另一邊。由于氣體分子對特殊波段的光具有強吸收的特性, 我們采用氘燈作為紫外光源。測量時，NO、HC等有害氣體在200 nm～250 nm波段有強吸收帶, 而水分子和其它氣體則是幾乎沒有吸收。