测量具有差分光学吸收光谱的各种分子种类

自20世纪50年代以来，燃煤发电厂向大气中排放有害气体和颗粒污染物(如SO)已是众所周知₂， 不₂不，是烟灰。

在过去的70年里，在过去的70年里有很多进展，这些进展已经看到减排和空气质量改善，特别是在欧洲和美国。

例如，美国于1963年通过了《清洁空气法》(CAA)，授权环境保护局(EPA)采取切实行动改善空气质量，从而促进公众健康。

尽管《清洁空气法》已多次修订(1970年、1977年、1982年和1990年)，以增加环保局的立法权，但麻省理工学院(MIT) 2013年进行的一项研究显示，仅在美国，空气污染每年仍造成约20万人死亡。¹

发展中国家继续推动工业化，看到能源需求迅速增加。在印度和中国这样的地方特别是这种情况。

虽然清洁技术能够服务于全球市场的一部分，但世界上大约40％的发电仍然来自燃煤发电厂。在印度和中国等国家，这可以高达70至75％，²意味着环境监测系统今天至关重要。

连续排放监控系统

从CAA的早期开始，工程师们就一直在研究用静电沉淀等技术净化烟囱排气的方法，^3,4.然而，历史上，气态污染物的实时监测已被证明是更具挑战性的。

空气污染监测站。

由于过去二十年来光学传感技术的进步，工程师已经能够开发连续排放监测系统（CEM），利用吸收光谱。

气体在光谱的UV / Vis（电子）和红外（vibrionic）区域中具有吸收带，其中有许多其他共价结合的分子。在这两种制度中工作都有优势和缺点。

在近红外（NIR）和中红外线（MIR）范围内操作的宿舍红外吸收技术必须采用可调激光来源。这些可以包括分布式布拉格反射器（DBR）或Quantum级联激光器（QCLS），与HGCDTE和InGaAs光电探测器一起使用。

可调谐二极管激光吸收光谱（TLDAS）和微分吸收激光雷达（拨号）等方法允许NIR和MIR吸收光谱，以提供分子物种的精确量化。

这种方法的相当缺点是，在大多数情况下，每种兴趣都需要使用不同的激光激光，增加已经昂贵的部件成本。

相比之下，使用光学吸收光谱（DOA）意味着可以采用UV / Vis吸收通过单个宽带光源测量各种分子种类。

DOAS降低了多物种检测的成本，同时由于使用了恒流D2发射灯和廉价的CCD光谱仪，单物种检测的成本也低得多。

在许多情况下，甚至可以使用阳光来执行DOAS，尽管由于阳光水平的固有波动，这通常不推荐用于CEMS。

差分光学吸收光谱

据报道，DOA在1973年首先用于大气测量。在这里，它在监测中受雇于没有₂通过监测430nm和450nm之间的吸收带浓度，^5.然而，如前所述，直到引入当代CCD基础的光谱仪，这种技术能够实现商业活力。

DOAS现在通过记录两种吸收光谱来执行:一种是通过大气柱进行的参考扫描，理想情况下没有分析物，另一种是通过包含分析物的相同路径长度进行的第二次扫描。

在拥挤的高速公路上的车辆。

本文没有概述DOA的数学治疗的范围，但有必要指出这两种光谱的差异并应用啤酒兰伯特法，所得差异差异完全是依赖的在分析物中物种的吸收横截面，以及参考光谱和物种的柱密度之间的差异。^6.

因为横截面可以表示为缓慢变化和快速验证功能的总和，所以差分频谱使得能够分离两种组件。

另外，因为瑞利和MIE散射都是缓慢改变的功能，所以使用诸如诸如傅里叶变换滤波器的数学工具的差分频谱去除来自数据的散射和衰减。^7.

图1显示了常见的大气污染物阵列的吸收带，包括NO，NO_2，所以₂之前提到过。从这个图表中可以清楚地看出，可以检测到大多数分子物种（具有CO和CO的显着例外₂）从200nm到460nm。

图1。常见大气物种的吸收带。

因此，可以使用一个紧凑的固定光栅光谱仪作为基于doas的CEMS的一部分。应该注意的是，当选择光谱仪来测量光谱的紫外区域时，必须使用超低杂散光配置来减少系统中的杂散光。

虽然它们很紧凑，但跨柑橘条频谱仪设计往往具有比过渡性胫骨传感器光谱仪的具有固有的杂散光线。

这AvaSpec-uls2048xl-evo和avaspec-uls2048x64-evo来自Avantes是超低杂散光谱仪的示例。这两种仪器都采用该公司的超低流浪灯设计，以及背部减薄的CCD探测器，可提高UV灵敏度和发信号噪声。

图2显示DOAS的常见CEMS设置。这里，凹镜用于跨越监视路径的宽带光源（通常是D2灯）。另一个凹面镜用于将传输的光耦合到光缆中，然后将其引导到光谱仪中。

图2。典型的CEMS设置，使用DOAS。

额外的独立应用程序

基于阳光的DOAS也通常与CEMS一起用于一般环境监测。

在一个这样的例子中，一个希腊科学家小组在2015年的大气科学与应用进展会议上展示了数据，他们使用了一个微型多轴(MAX) DOAS系统来测量HCHO、NO的对流层柱密度亚博老虎机网登录₂所以₂在希腊塞萨洛尼基周围的农村，城市和郊区遗址。^8.

它们使用的Min-MAX-DOAS系统是来自Avantes的Avaspec-ULS-TEC光谱仪。这已由300nm配置为450 nm。部署了三个系统，其中使用25微米入口狭缝，具有〜0.25nm分辨率，另一个使用50微米入口狭缝，分辨率为约0.38nm。

德国Max Planck Institute的另一组使用了类似的Mini MAX-DOAS系统，该系统基于Avantes光谱仪，以便在德国和罗马尼亚收集类似的测量。^9.

仪器选择

随着全球各地的社会继续扩大，所以需要清洁技术，特别是通过CEM和现场的DOAS系统有效监测环境污染物。

在这两种情况下，这些应用需要稳定，高分辨率，敏感，低杂散光谱仪，以提供具有高信噪比和低检测限制的可靠，准确的DOA测量。

AvaSpec-ULS光学台阶提供最高水平的稳定性和当前可用的任何微型光谱仪的最低杂散光线，而使用CMOS或后稀释的CCD检测器的选项为用户提供了有效地平衡成本和敏感性的灵活性。

Avantes ULS2048系列光谱仪是最推荐的背薄仪器之一，提供卓越的性能。AvaSpec-ULS2048XLEVO提供了超大尺寸的14x500微米像素分辨率，在UV范围(200-400 nm)和NIR (950-1160 nm)都提供了一流的效率。它的内部快门使内联黑暗捕捉集成时间低至2微秒。

AvaSpec-ULS2048x64-EVO由于其高紫外响应、快速集成时间和0.9 mm探测器高度，在DOAS应用中也有良好的跟踪记录。

这些中的每一个AvaSpec-ULS系列光谱仪也可以作为OEM模块提供，这意味着它们可以根据需要集成到交钥匙工业或现场传感设备中。它们也适合用作现有实验室设备设置的附加品。app亚博体育

所有这些仪器都能够通过以太网，USB和Avantes AS7010电子板的本机数字和模拟输入/输出功能进行通信，提供带其他设备的出色接口选项。

最后，Avantes AvaSpec DLL软件开发包包括c#、c++、Delphi、LabView、Visual Basic、MatLab和一系列其他编程环境中的示例程序，使用户可以根据需要为自己的应用程序开发代码。

参考资料及进一步阅读

1. Caiazzo，Fabio，等。“美国的空气污染和早期死亡。第一部分：量化2005年主要部门的影响。“大气环境79（2013）：198-208。
2. G,凯伦。“什么是烟囱?”sciencing.com, https://sci- encing.com/info-8068108-smoke-stacks.html。2020年3月23日。
3. 马克，艾尔文·m·"烟囱气溶胶气体净化器"美国专利号3,520,662。1970年7月14日。
4. 基尔霍夫，弗兰兹-约瑟夫和约阿希姆·勃兰特。“静电precipi——tator。”美国专利号4097252。1978年6月27日。
5. Brewer，A.W.，C.T. Mcelroy和J. B. Kerr。“大气中的二氧化氮基准。”自然246.5429（1973）：129-133。
6. U. Platt（1994），“差分光学吸收光谱（DOAs），通过光谱技术，M.W.Sigrist，Ed。，化学分析系列，Vol。127，pp。27-84。
7. 海明，郑。“基于差分光学吸收光谱拷贝的连续排放监测系统的实验研究。”2008年教育技术和培训国际研讨会和2008年地球科学和遥感研讨会。亚博老虎机网登录卷。1.IEEE，2008。
8. Drosoglou, Theano等，“从塞萨洛尼基更大范围的地面MAX-DOAS测量中反演对流层柱，并与卫星产品进行比较。”
9. Riffel，Katharina等。“基于NO2的移动MAX-DOA测量，罗马尼亚各种来源的”罗马尼亚各种来源的NOx排放量“。阁楼大会大会摘要。卷。18. 2016年。
10. 实验性BIOLGY 49.3（1969）：669-677
11. 谜语，sharla。“蜜蜂怎么看，为什么重要。”蜜蜂文化：美国养蜂业的杂志。（2016年5月20日）。

这些信息来源于Avantes BV提供的材料。亚博网站下载

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