差分吸收光谱技术中吸收截面的测量

测量氮气体（NO）吸收截面的方法包括：
1.光谱法：使用光谱仪对NO气体进行分析，测量其吸收的光谱信号。

2.化学发光法：使用化学发光仪对NO气体进行分析，测量其吸收的化学发光信号。

3.激光诱导等离子体发射光谱法：使用激光诱导等离子体发射光谱仪对NO气体进行
分析，测量其吸收的激光诱导等离子体发射光谱信号。

4.电离容积法：使用电离容积仪对NO气体进行分析，测量其吸收的电离容积信号。

5.拉曼散射法：使用拉曼散射仪对NO气体进行分析，测量其吸收的拉曼散射信号。

这些方法都可以用来测量NO气体吸收截面，但每种方法都有其独特的优点和缺点，应根据具体的测量需求和实验条件来选择合适的方法。

差分吸收光谱技术(DOAS:Differential Optical Absorption Spectroscopy)是一种光谱监测技术,其基本原理就是利用空气中的气体分子的窄带吸收特性来鉴别气体成分,并根据窄带吸收强度来推演出微量气体的浓度.凭借其低廉且简单的设备装置和出色的监测能力,DOAS技术在大气监测领域内在国外已经被广泛应用.鉴于国内的污染形势的日益严峻及对此新兴技术知识的匮乏,对于DOAS技术的工作原理、浓度反演方法及其在大气研究领域内的应用与发展前景做了较为详细的介绍,为今后在大气监测领域里研究和应用DOAS技术提供了必要的理论知识.DOAS技术主要是以大气中的痕量污染气体对紫外和可见光波段的特征吸收光谱为基础，通过特征吸收光谱鉴别大气污染气体的类型和浓度，因此适用于在该波段有特征吸收的气体分子。

D0As是基于痕量气体分子的窄带吸收特征的检测。

吸收的光强度遵守Lambert-Beer吸收定律，同时要考虑散射对测量的影响，如考虑瑞利散射(Rayleigh)、米散射(Mie）的影响。

为了消除Rayleigh散射和Mie散射等的影响，在数学上通常采用滤波技术，将包含在大气吸收光谱中由分子吸收引起的光谱变化分离出来。

这种数学上的处理是基于：由Rayleigh散射和Mie散射等引起的光学厚度的变化随波长缓慢变化，而由分子吸收特性引起的光学厚度的变化随波长快速变化。

为此将散射引起的光谱变化称为“宽带”光谱(低频部分)，将分子吸收引起的光谱变化称为“窄带”光谱(高频部分)。

计算过程中使用高通滤波器将随波长快速变化的“窄带”光谱分离出来，被分离出来的分子吸收光谱用参考光谱进行拟合，来计算出存在于被测大气中的光吸收物质的浓度。

这就是差分吸收光谱法的基本思想。

图所示δ0为随波长缓慢变化的“宽带”光谱部分，δ‘随波长快速变化的“窄带”光谱部分，即差分吸收截面总的吸收截面δ减去数字平滑计算得到的δ‘就是差分吸收截面。

差分吸收光谱仪测量上下限的确定
周斌;刘文清;刘峰;李振璧;崔延军
【期刊名称】《应用光学》
【年(卷),期】2001(022)005
【摘要】给出差分吸收光谱仪(DOAS)系统对测量上下限的确定方法.由于测量原理Beer-Lambert的线性适用范围限制了系统的测量上限 ,系统的噪声、被测气体的差分吸收截面以及测量的数据点数共同决定了系统的测量下限, 通过理论分析与实际测量确定了DOAS系统的测量上下限.
【总页数】4页(P25-28)
【作者】周斌;刘文清;刘峰;李振璧;崔延军
【作者单位】中国科学院安徽精密机械研究所安徽合肥 230031;中国科学院安徽精密机械研究所安徽合肥 230031;中国科学院安徽精密机械研究所安徽合肥230031;中国科学院安徽精密机械研究所安徽合肥 230031;中国科学院安徽精密机械研究所安徽合肥 230031
【正文语种】中文
【中图分类】O433.1
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紫外烟气综合分析仪采用的紫外差分吸收光谱技术是如何实现测量的青岛众瑞便携式紫外烟气综合分析仪（H款，热湿法）采用紫外差分吸收光谱技术测量烟气中的SO2、NO、NO2和NH3，其中紫外差分吸收模块在热湿状态下进行测量，避免除水造成的烟气组分损失。

紫外差分吸收光谱技术原理：当紫外-可见连续光谱经过含有被测污染气体的样气时，特定波长光能被样气中的污染气体吸收，光的吸收（吸光度）与污染气体浓度呈正比，采用光谱分析和化学计量学方法建立起实验室标定吸光度和污染气体浓度之间的经验曲线，根据现场被测样气的吸光度实时计算样气中污染气体浓度。

在实际测量中，不仅存在气体分子对光的吸收，还存在瑞利散射、米氏散射等对光的衰减作用，差分吸收的基本思想是将气体分子的吸收截面分为两个部分，一是随波长作缓慢变化的宽带光谱结构，即低频部分，二是随波长作快速变化的窄带光谱结构，即高频部分。

DOAS方法利用吸收光谱的高频部分计算得出气体浓度。

由于DOAS方法分析的是吸收光谱的高频部分，而水汽、烟尘和其他一些成分的吸收光谱均属于低频，因此DOAS技术可以有效地去除水汽、烟尘等对测量结果的影响，使测量结果可以更准确、更稳定、更可靠。

同时，由于每种气体分子都有其特征吸收光谱，使得DOAS可以同时测量多种气体组分。

青岛众瑞便携式紫外烟气综合分析仪（H款，热湿法）采用紫外差分吸收光谱技术测量烟气中的SO2、NO、NO2和NH3，可选O2、CO、CO2、H2S传感器测量气体浓度，不受烟气中水蒸气影响，具有较高的测量精度和稳定性，特别适合高湿低硫工况测量。

整机采用一体便携式设计，采样管和主机为一体，携带方便。

可供环境监测部门对各种锅炉排放的气体浓度、排放量进行检测，也可应用于工矿企业进行各种有害气体浓度的测量。

1。

差分光学吸收光谱（Differential Optical Absorption Spectroscopy, DOAS）是一种先进的环境监测技术，用于测量大气中痕量气体的浓度。

其基本原理基于不同气体分子在特定波长范围内对太阳光或人工光源的特征吸收现象，并通过比较测量光谱与参考光谱之间的差异来确定目标气体的浓度。

DOAS技术的工作流程包括以下步骤：
光源：使用自然光（如日光）或人造光源发出连续的紫外至可见光谱范围内的光。

光路传输：光线穿过待测的大气层，在这个过程中，气体分子会根据自身的吸收特性吸收部分特定波长的光。

光谱采集：通过望远镜、光纤或其他光学系统收集穿过大气后到达地面或反向散射回来的光信号，并聚焦到光谱仪入口狭缝。

光谱分析：光谱仪将接收到的光信号转换为电信号，然后进行分光和探测，得到连续的光谱数据。

差分处理：根据Lambert-Beer定律计算并分析每个波长点处的光强变化。

通过对测量光谱和背景/清洁空气光谱进行数学上的差分运算，提取出目标气体特有的窄带吸收结构，消除宽谱吸收和其它非目标气体的影响。

反演算法：应用差分吸收光谱反演算法，解算出沿光路路径上目标气体的平均浓度。

DOAS技术的优势在于：
非接触式测量，不受采样器影响。

可实时检测多种气体，具有较高的灵敏度和准确性。

能够有效抑制背景噪声和多组分混合气体干扰。

适用于远程测量，获取较大区域内的平均气体分布信息。

这项技术广泛应用于空气质量监测、环境污染源排放监测、大气化学研究以及环境保护等领域。

发动机排放气体浓度差分吸收光谱法测量
发动机排放气体浓度差分吸收光谱法是一种常用的测量方法，用于测量发动机排放气体中各种成分的浓度。

该方法基于差分吸收光谱原理，通过将测量光束分为两个通道，一个用于引导样品气体，另一个作为参比通道。

样品通道中的气体与参比通道中的气体进行比较，通过测量两个通道中的光强差异来计算气体的浓度。

具体实施中，首先选择合适的测量波长，通常是待测气体吸收峰的波长。

然后，将光束分为样品通道和参比通道，并通过光学元件引导到对应的检测器中。

在样品通道中，引导发动机排放气体，气体中的吸收组分会吸收特定波长的光线，导致光强减弱。

而在参比通道中，引导一个不含待测气体的气体，作为参照，不会发生吸收。

两个通道中的光强差异就是待测气体的吸收强度。

通过不断扫描选择的测量波长，并记录两个通道接收到的光强，可以得到一个光谱图像。

根据不同气体的吸收特性和已知浓度的参考样品，可以建立浓度与吸收强度之间的关系，从而计算待测气体的浓度。

需要注意的是，发动机排放气体中可能同时存在多个气体成分，需要根据不同的吸收特性选择不同的测量波长，并采用多通道的差分吸收光谱法进行测量和计算。

总的来说，发动机排放气体浓度差分吸收光谱法是一种可靠、准确的测量方法，广泛应用于发动机排放气体分析和环境监测领域。

差示紫外吸收光谱测量原理
紫外吸收光谱测量原理是一种常用的分析技术，用于测量样品对紫外光的吸收性质。

其原理基于分子在紫外光照射下吸收能量的特性。

当紫外光照射到分子中时，其能量可以与分子的电子态相互作用。

分子中的电子会吸收紫外光的能量，从基态跃迁到高能态。

在紫外可见光谱区域，这些能级跃迁通常是价电子的π - π*跃
迁或n - π*跃迁。

在分子吸收紫外光后，吸收的光子能量被转化成电子激发能量，导致分子处于一个激发态。

接下来，这些激发态的分子会发生非辐射性跃迁，将能量转化为热。

因此，分子吸收紫外光后，其吸收强度与光的波长之间存在关系。

测量紫外吸收光谱时，常用的方法是通过光源发射一束连续的紫外光，经过样品后，通过光谱仪检测透射光的强度。

测量得到的透射光谱即为样品的紫外吸收光谱。

根据贝尔-朗伯定律，透射光谱与样品的浓度和光程之间具有
线性关系。

因此，可以利用已知浓度的标准溶液建立标准曲线，从而根据样品吸收光谱的透射率推算出其浓度。

紫外吸收光谱广泛应用于化学、生物、药学等领域，可用于分析物质的浓度、反应动力学、物质结构等的研究。

简答题：1、什么是完全抽取法？它有何优点？答：完全抽取法是采用专用的加热采样探头将烟气从烟道中指取出来，经过伴热传输，使烟气在传输中不发生冷凝，烟气传输到烟气分析机拒后进行除尘、除湿等处理，然后进入分析仪进行分析检测。

完全抽取法也叫直接抽取法。

其优点是：①干基测量，可以直接测得干烟气中污染物含量；②由于烟尘和水蒸汽已经从样品中去除，所以分析仪的测量精度高。

其缺点是：①样品气体需要伴热，保温传送（温度保持在140-160°C之间）；②样品气体需要降温、除水等预处理；③在高硫分场合有酸冷凝的可能，采样和预处理部件需要防腐蚀；④采样流量较大（一般＞2L/min），过滤器易堵塞，需要定期进行反吹。

第一章2、固定污染源连续监测的采样方式主要有哪些？答：采样方式分为抽取采样法和直接测量法两种。

抽取采样法又分为直接抽取法和采样稀释法；直接测量法又分为内置式测量和外置式测量。

3、直接抽取法中的前处理方式和后处理方式的优缺点？答：直接在探头后降低烟气温度低于环境温度并除湿的方式称为前处理方式。

其优点：烟气经处理后能更灵活地选择分析仪；探头后除水，不需要加热采样管。

其缺点：探头后处理烟气对处理系统进行维护时不太方便；可在探头上降温、除湿，使探头变得复杂；传输距离远使样品气体浓度变化，造成测量误差。

在气体进入分析仪之前对烟气进行净化、降温、除湿的处理方式称为后处理方式。

其优点：便于人员检查处理系统。

其缺点：但须使整个采样管保持适当的温度。

4、直接抽取式CEMS中电子制冷器的原理？答：在两个不同导体组成的回路中通电时，一个接头吸热，另一个接头放热，这是珀尔帖效应。

改变输入直流电源的电流强度，就可以调整制冷或制热的功率。

同时通过改变直流电源的极性，就能使热量的移动方向逆转，从而达到任意选择制冷或制热的目的。

5、直接抽取式CEMS中隔膜泵的原理？答：隔膜泵的工作原理是机械冲程活塞或由连续棒移动活塞。

隔膜往复运动，短脉冲方式移动气体，当隔膜上升，气流从下通过吸气阀进入泵的内腔；当隔膜被推下时，吸气阀关闭同时排气阀打开，气体进入采样管。

差分吸收光谱技术中吸收截面的测量Ξ吴　桢　虞启琏　张　帆　姚建铨(天津大学精密仪器与光电子工程学院　天津　300072)摘要　描述了影响差分吸收光谱技术(DOA S)精度的主要因素——吸收截面的测量原理以及自己设计的测量装置,并用此装置测量了SO2、NO2和O3的吸收截面。

根据测量结果分析了应用DOA S技术测量这三种气体时各自适用的波长区间。

关键词　差分吸收光谱　吸收截面　测量M ea surem en t of Absorption Cross Section i n D ifferen ti a l Optica l Absorption Spectrom etryW u Zhen　Yu Q ilian　Zhang Fan　Yao J ianquan (Colleg e of P recision Instrum en t and Op to2electron ics E ng ineering,T ianj ing U n iversity,T ianj ing300072,Ch ina)Abstract　A s the m ain facto r affected the p recisi on of the differential op tical abso rp ti on spectrom etry(DOA S), the abso rp ti on cro ss secti on and its m easurem ent theo ry w as analysed.A new m easurem ent setup w as brough t fo rw ard,and th rogh w h ich the abso rp ti on cro ss secti ons of SO2,NO2and O3w ere m easured.A t last acco rding to the m easurem ent result,the respective app rop riate w avelength ranges of th ree gases m easured by DOA S w ere analysed.Key words　D ifferential op tical abso rp ti on spectro scopy　A bso rp ti on cro ss secti on　M easurem ent1　引 言长光程差分吸收光谱技术,由于其具有高灵敏度、高分辨率、多组分、实时、快速监测的特点,正在成为大气污染监测的理想工具。

差分吸收光谱工作原理一、吸收光谱法的基本原理吸收光谱法就是利用气体的这种特性来测定排放烟气中所含有的气体成分及其浓度，它是进行定量分析的有用工具，可以用于常量和超微量组分的测定，也可以对多组分同时测定。

紫外——可见吸收光谱定量分析的理论依据依然是Lambert-Beer定律。

在某一波长λ下，当一束光强为I(λ)的测量0光照射到被测量区域，被气体分子吸收后，透射光强减弱为I(λ)，如图2-2所示。

根据Lambert-Beer定律，可得:,Lc,(,)(2-9) I(,),I(,)e0图1 Lambert-Beer定律原理示意图I(λ)=I0e-LCσ(λ)式中:C——为被测气体浓度，L为测量光程长度，——σ(λ) ——为气体分子的吸收系数。

二、差分吸收光谱法的基本原理[31~33]自1975年差分吸收光谱法(DOAS)被提出，并于以后用于测量大气中污染气体浓度开始，就逐渐在环境检测领域得到了广泛的应用。

人们使用差分吸收光谱法可以监测到同温层中的HONO、OH、NO、BrO、ClO等这几种重要3的污染气体、也可以利用一些气体如:NO、NO、NH、ClO、23IO、O、SO、CS、HCHO和许322多的芳烃化合物等在紫外和可见光区域的吸收特性来监[24]测它们的浓度、还可以利用吸收光谱结构计算后的残留结构发现新的污染气体。

差分吸收光谱法最主要的优点是可以在不受被测对象化学行为干扰的情况下来测量到它们的绝对浓度。

也正是因为这一点，差分吸收光谱法常用来测量那些化学行为较活泼的气体，例如:OH，NO，BrO等; 3另外差分吸收光谱法还可以图2 DOAS测量污染气体浓度的测量装置图通过分析几种气体在同一波1段的重叠吸收光谱，来同时测定几种气体的浓度。

差分吸收光谱法正是具有这些优点，才实现了多种气体的在线同时测量和监测仪器的在线化。

差分吸收光谱法测量污染气体浓度的典型测量装置如图3-1所示[24]。

由稳定光源I(,)0发出强度为的一束光，经透镜后形成平行光束，平行光束经过含有气体的测量室I(,,L)后，由于各种不同气体的吸收及空气分子和气溶胶粒子的散射作用，强度衰减为，I(,,L)根据Lambert-Beer定律，的大小由(3-1)式给出:LABS,I(,L),,I()exp{,[,,(,p,T)，,(l)],,,(,l),,(,,l)dl}，N(,),jjRM0,0j(3-1)ABS,(,,p,T)jl其中气体j的吸收特性由吸收截面积定义，在光程点的吸收截面积是波长,(l)jλ、压力p 、温度T的函数，它与气体分子数量密度的乘积反映了气体吸收的光,(,,l),(,,l)RM谱特性;气溶胶的米氏散射和瑞利散射分别用和表示，它们也是波长λN(,)I(,,L)l和光程的函数;是光子噪声，它与有关。

吸收谱测量利用物质分子或者离子对某一波长范围的吸收作用，对物质进行定性分析、定量分析、以及结构分析，所依据的光谱是分子或者离子吸收入射光中特定波长的光而产生的吸收光谱。

按照所吸收的波长区域不同可以分为紫外分光光度法和可见分光光度法，合称为紫外－可见分光光度法。

物质对光的吸收是选择性的，利用被测物质对某波长的光的吸收来了解物质的特性，这就是光谱法的基础。

通过实验了解紫外－可见吸收光谱分析所依据的物理原理，初步掌握一种光谱分析方法，并初步掌握利用origin 软件和J-O 理论分析晶体的光学参数。

一、实验原理光谱分析可以分为发射光谱分析和吸收光谱分析两大类。

当构成物质的分子或原子受到激发而发光，产生的光谱称为发射光谱，发射光谱的谱线与组成物质的元素及其外围电子的结构有关。

吸收光谱是指光通过物质被吸收后的光谱，吸收光谱则决定于物质的化学结构，与分子中的双键有关。

物质对光的吸收，与其分子结构有密切关系，因而不同物质因结构的差异，产生不同的吸收光谱，亦即吸收曲线。

（一）分子吸收谱的产生分子吸收谱的形成机理是由于能级之间的跃迁所引起的，在分子中除了电子相对于原子核的运动外，还有原子核的相对振动和分子作为整体绕其质心的转动。

分子的这三种运动状态都对应一定能级，它们之间的关系为：转振电E ∆〉∆〉∆E E处在同一电子能级的分子，可能由于振动能量的不同，处在不同的振动能级上。

分子处在同一电子能级和振动能级时，可能由于转动能级的不同而处在不同的转动能级上。

所以分子的总能量是三种能量的总和，E 分子＝E 电子＋E 振动＋E 转动 （1－3－1） 当用频率为v 的光照射分子，而该分子的较高能级与较低能级之差E ∆恰好等于hv 时，此时在微观上出现分子由较低能级跃迁到较高能级，在宏观上体现为光的强度变弱。

若用一连续频率的光照射分子，将照射前后光强度的变化变为电信号记录下来，就可以得到一张光强度变化对波长的关系曲线。

即分子吸收光谱图。

NO气体紫外差分吸收截面的测量冯锐;李永华【摘要】气体吸收截面的测量是影响差分吸收光谱技术(DOAS)测量精度的主要因素.为了得到吸收特征明显的NO气体吸收截面,采用分辨率为0.1 nm的高精度光谱仪、氘灯光源和自制的封闭式实验测量系统.将吸收截面分解为快变部分和慢变部分,并利用多项式拟合的方法对结果进行了修正.实验得到了NO气体在200 ～230 nm紫外波段的吸收截面.结果表明:相较于传统的测量方法,采用高分辨率的光谱仪和封闭式测量系统得到的吸收截面具有更好的吸收特性.利用多项式拟合的方法分离慢变部分可以提高测量精度.【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2016(032)005【总页数】5页(P55-58,64)【关键词】差分吸收光谱;吸收截面;一氧化氮;多项式拟合【作者】冯锐;李永华【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】X511煤炭是中国的基础能源，燃煤发电量占整个装机容量的60%-70%[1]。

煤炭燃烧会产生大量的氮氧化物(NOX)，是大气的主要污染物之一，因此对氮氧化物浓度的测量技术的研究具有十分重要的现实意义。

差分吸收光谱法，即DOAS(Differential Optical Absorption Spectroscopy)，是目前监测大气污染气体浓度的常用方法。

20世纪80年代初期，NOXON首先提出了DOAS技术的雏形[2]。

之后，德国海德堡大学的Platt. U和Perner. D在NOXON工作的基础上，提出了差分吸收光谱(DOAS)的思想，并将其成功应用于对流层大气研究[3，4]。

差分吸收光谱技术已在多个领域广泛应用于各种污染气体浓度的在线监测。

差分吸收光谱技术是利用污染物气体分子在光谱的紫外到可见波段具有特征吸收来测量气体浓度的方法，具有测量原理简单、测量准确性和灵敏度高等优点。

3.1 DOAS 测量原理从稳定光源发出的光I o (λ，L)，通过气室后，由透镜收集光会聚进入光谱仪。

由于沿光程的气体分子的吸收、分子散射，导致了接收光强减弱。

在光通过距离L 的光程后，接收光I （λ，L ）可以由Lambert-Beer 定律来表示：00(,)(,)exp[((,,)()(,)(,))]()l Lj j R M j l I L I L p T c l l l dl N λλσλελελλ===⋅-⋅+++∑⎰ (3.1)对于每一种气体，(,,)j p T σλ是在波长λ，压力p 和温度为T 时的吸收截面。

()j c l 是沿光程在距离l 处的密度。

M ε和R ε分别表示瑞利散射、Mie 散射的消光系数。

N (λ)是光强I （λ，L ）上的光子噪声。

在图3.1a 中，I （λ，L ）为通过大气的后光谱(为了简化说明，假设其中只含有甲醛的吸收)。

在大多数的DOAS 系统中，回来的光被聚焦到光谱仪的入射狭缝上，经光谱仪分光，光谱由探测器记录。

由于光谱仪有限的分辨率，光谱I （λ，L ）的形状发生了变化，这个过程的数学描述是大气光谱I （λ，L ）与光谱仪的仪器函数H 进行卷积，图3.1b 表示与典型的仪器函数H 卷积后，投影在探测器上的光谱I*（λ，L ）。

在探测器记录光谱的过程中，光谱范围被映射为n 个离散的像元（PDA 或CCD 探测器），用i 来表记，每个像元表示从λ(i)到λ(i+1)的间隔积分。

这个间隔可以根据波长－像元映射ΓI 计算得到。

对于线性色散（:()(0)I i i λλγΓ=+⋅）, 像元的光谱宽度为常数（0()(1)()i i i λλλγ∆=+-=）。

像元i 上的光强'()I i 表示为（忽略任何的仪器因子，如不同像元的响应不一样），(1)()'()(',)'i i I i I L d λλλλ+*=⎰（3.2）一般而言，波长－像元映射ΓI 可以用多项式来表示：0:()qk I k k i i λγ=Γ=⋅∑ （3.3）矢量（k γ）确定了像元i-波长λ（i ）的映射。