差分吸收法介绍

概念

差分吸收法是利用吸收线上和线外的吸收差异而进行探测的方法。更一般地说，在吸收城附近进行扫描测量，称为吸收光谱法，这时的探测结果将更为准确。

差分吸收法原理

差分吸收光谱是基于比尔朗伯定律，依靠痕量气体的指纹吸收特征来实现定量测量的，其特别的地方在于采用差分技术排除了气溶胶和仪器反射等因素的消光影响，目前所采用波段绝大多数为紫外可见波段，不过也有人将其推广到红外波段，以测量甲烷和二氧化碳等成分。DOAS目前主要应用于测量对流层和平流层中的大气痕量气体的浓度分布和变化，如二氧化硫，二氧化氮，臭氧，甲醛，苯，甲苯，亚硝酸和OClO等，当前也可用于实验室内分析。DOAS系统按照光源可分为主动式和被动式，前者采用氙灯为光源（现在很多人在研究如何用LED代替昂贵易损的氙灯，实验结果还不错），后者采用太阳光或月光为光源。

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。

差分吸收法优点

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。

4、DOAS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。