差分吸收光譜技術及在大氣監測領域中的應用

摘要：隨著我國經濟社會的不斷發展，人們生活質量有了顯著提高，但是也給生態環境帶來一定的破壞，特別是突發環境污染事件，往往會給生態環境帶來不可預測的破壞，因此妥善應對突發環境事件，提高環境監測水平已成為擺在我們面前的一個重要課題。將差分吸收光譜技術應用到大氣環境監測領域中能夠有效解決這一問題。差分吸收光譜技術具有分辨率高、精準度高、能夠對不同氣體進行測量等優勢，已經逐步得到了應用。希望通過本文的分析，能夠為相關從業者提供參考意見。

關鍵詞：差分吸收光譜技術;大氣監測領域;應用

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）03-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.090

Differential absorption spectroscopy and its application in the field of atmospheric monitoring

Zhao Yuyun

（Jincheng Environmental Protection Monitoring Station，Jincheng Shanxi 048000，China）

Abstract：With the continuous development of Chinas economy， peoples quality of life has been greatly improved， but also bring some damage to the ecological environment，environmental pollution often occurs in various areas，so the governance of environmental protection has become the focus of social concern.The application of differential absorption spectroscopy to the field of atmospheric monitoring can effectively solve this problem.

Key words：Differential absorption spectroscopy;Field of atmospheric monitoring;Application

1 差分吸收光譜技術的定義和發展

差分吸收光譜技術簡稱是DOAS，是一種大氣環境監測技術。差分吸收光譜技術指的就是通過對光譜特征進行吸收來監測大氣環境中的各項污染物質，能夠對被測氣體的濃度和類型進行判斷，從而對污染物進行精準的分析。差分吸收光譜技術誕生于20世紀80年代，之后于1998年引入我國，當時得到了社會廣泛關注。隨著我國環境監測事業的不斷發展，差分吸收光譜技術在檢測領域的應用得到了廣泛普及。尤其在2002年，相關科研機構以我國實際情況為基礎，研發出一套全新的環境監測系統，并將差分吸收光譜技術應用到其中，能夠對大氣中的污染物NO2、SO2等進行精準檢測。

2 差分吸收光譜技術的工作原理

差分吸收光譜技術的工作原理是依照不同分子吸收光輻射不同的原理來對空氣中所含有的不同氣體分子進行鑒別，這樣就能夠對空氣氣體成分進行精準分析。差分吸收光譜技術能夠借助光譜比較法對所得到的吸收光譜進行分析，之后確定光譜成分，對污染物的濃度以及類型進行精準鑒定。差分吸收光譜技術是以痕量氣體分子為基礎對窄帶吸收特征進行檢測，而且差分吸收光譜技術具備高超的監測水平、設備裝置簡便、價格低廉，在國內外的大氣監測中都得到了廣泛應用。差分吸收光譜技術在實際應用過程中，所吸收的光強度完全滿足Lambert-Beer吸收定律，而且還要對測量結果所受到的外界因素影響進行考慮，例如米散射、利散射等對測量結果的影響等等。

3 差分吸收光譜技術在大氣監測中的關鍵環節

隨著社會不斷發展，人們生活水平不斷提升，環境污染已成為全社會關注的頭等大事。為了解決這一問題，避免生態環境持續惡化，就要對相關問題進行深入分析，找有最佳解決方案。大氣監測是一種環保途徑，目前在國際上受到越來越多的關注。在技術不斷發展的今天，大氣監測無論是技術還是方法上都得到了提升，能夠對大氣污染氣體進行精準監測。

3.1 對于獲取高質量光譜采取的策略

差分吸收光譜技術是一種能夠檢測弱光譜形式的技術，而且其對噪聲屏蔽、雜散光等方面所展示的客觀干擾因素，一般情況下有著極高要求，而且為了能夠確保檢測結果精準可靠，就需要保證光譜測量質量。在差分吸收光譜技術中，吸收光譜扮演著重要角色，利用吸收光譜質量形式能夠進一步提升檢測精度。在實際應用過程中，一般是應用大焦距望遠鏡對陽光干擾影響進行降低;之后借助雙Czemy-Turner結構的單色儀器防止在內部出現雜散光;再次，為了縮短掃描時間，可選擇高速掃描，借助光電二極管陣列對光譜譜段進行檢測，減少測量結果中的大氣干擾;最后要讓探測器在實際運行過程中保持一定的溫度，不宜過高也不宜過低，要保持恒溫，這樣能夠有效減少噪音。

3.2 光譜的反演計算

在差分吸收光譜技術中反演計算措施同樣發揮重要作用，光譜的反演計算能夠對測量是否成功產生直接影響。在差分吸收光譜技術實際應用過程中，一般存在三個光譜，分別是光源光譜、背景光譜以及測量光譜。在計算差分吸收光密度數值時，要對這三種不同的光譜做好減少暗電流干擾影響的措施。并借助測量光源光譜消除背景光譜，再讓光源光譜消除，這樣得到的結果則是預處理光譜。

3.3 差分吸收光譜技術測量精度的主要影響因素

在實際應用差分吸收光譜技術進行大氣監測時，要對能夠有效測量精度的因素進行考慮，主要包括以下幾點：首先是標準吸收截面。標準吸收截面與波長存在必然聯系，而且會受到溫度以及壓力的影響，因此在對大氣污染物濃度進行實時反演計算時，沒有相關溫度的標準差分吸收截面依據。不僅如此，一般是在實驗室內完成測定標準差分吸收截面的工作，但是在實際工作中會由于測量儀器出現問題造成測量結果出現偏差。其次是其他氣體以及噪聲。在實際測量過程中，由于其他氣體以及不同種類的噪聲會對光產生吸收，同樣會讓測量結果與實際情況不符。

4 差分吸收光譜技術在大氣監測領域中的應用

在大氣中，O3、NO2以及SO2是目前危害最大的三種污染物，更是大氣監測的重點對象。差分吸收光譜技術監測這三種氣體在譜段方面也存在一定差異：O3的譜段是250～310nm，NO2的譜段是380～440nm，SO2的譜段是260～340nm。在監測過程中，雖然譜段有所差異，但都需要監測的氣體在譜段上進行差分吸收。從之前的研究來看，差分吸收光譜技術與傳統氣體監測技術相比，在監測結果上基本保持一致，但其中仍存在一些出入，究其原因就是在測量原理上的不同產生的偏差。差分吸收光譜技術能夠對光路濃度均值進行測量，定點采樣檢測則是對空間點濃度值進行測量，即便是相同的測量方法也會出現相關性變差。所以將差分吸收光譜技術應用到大氣監測領域能夠得到良好效果，而且未來會有更好的發展前景。

對于OH以及NO3來說，無論是白天還是夜晚都是較為重要的基原子團，能夠對還原性物質造成氧化。差分吸收光譜技術能夠對NO3進行良好監測，也是能夠監測NO3的唯一方法;而對于OH來說，差分吸收光譜技術在監測精度方面要比其他監測方法效果好。換句話說，差分吸收光譜技術能夠對OH以及NO3進行非接觸性測量，這本身就是一項優勢，能夠防止由于化學反應而導致測量結果出現偏差。除此之外，此項技術還能夠對部分芳香烴、汞、CS2、NH3等進行科學監測，差分吸收光譜技術同樣能夠在平流層、對流層氣體研究中發揮重要作用。

5 結束語

綜上所述，在現階段的大氣監測領域中，差分吸收光譜技術得到了廣泛應用，并取得了良好效果。由于差分吸收光譜技術具備多項優勢，因此在大氣監測中的位置越來越重要，為我國環保工作的開展提供了諸多便利。本文對差分吸收光譜技術定義與發展、工作原理、關鍵技術、實際應用進行了分析，希望能夠為環境監測事業做出一點貢獻。

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收稿日期：2020-01-11

作者簡介：趙雨云（1981-），男，漢族，本科學歷，工程師，研究方向為環境應急監測。