差分吸收光谱技术及在大气监测领域中的应用

摘要：随着我国经济社会的不断发展，人们生活质量有了显著提高，但是也给生态环境带来一定的破坏，特别是突发环境污染事件，往往会给生态环境带来不可预测的破坏，因此妥善应对突发环境事件，提高环境监测水平已成为摆在我们面前的一个重要课题。将差分吸收光谱技术应用到大气环境监测领域中能够有效解决这一问题。差分吸收光谱技术具有分辨率高、精准度高、能够对不同气体进行测量等优势，已经逐步得到了应用。希望通过本文的分析，能够为相关从业者提供参考意见。

关键词：差分吸收光谱技术;大气监测领域;应用

中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：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 差分吸收光譜技术的定义和发展

差分吸收光谱技术简称是DOAS，是一种大气环境监测技术。差分吸收光谱技术指的就是通过对光谱特征进行吸收来监测大气环境中的各项污染物质，能够对被测气体的浓度和类型进行判断，从而对污染物进行精准的分析。差分吸收光谱技术诞生于20世纪80年代，之后于1998年引入我国，当时得到了社会广泛关注。随着我国环境监测事业的不断发展，差分吸收光谱技术在检测领域的应用得到了广泛普及。尤其在2002年，相关科研机构以我国实际情况为基础，研发出一套全新的环境监测系统，并将差分吸收光谱技术应用到其中，能够对大气中的污染物NO2、SO2等进行精准检测。

2 差分吸收光谱技术的工作原理

差分吸收光谱技术的工作原理是依照不同分子吸收光辐射不同的原理来对空气中所含有的不同气体分子进行鉴别，这样就能够对空气气体成分进行精准分析。差分吸收光谱技术能够借助光谱比较法对所得到的吸收光谱进行分析，之后确定光谱成分，对污染物的浓度以及类型进行精准鉴定。差分吸收光谱技术是以痕量气体分子为基础对窄带吸收特征进行检测，而且差分吸收光谱技术具备高超的监测水平、设备装置简便、价格低廉，在国内外的大气监测中都得到了广泛应用。差分吸收光谱技术在实际应用过程中，所吸收的光强度完全满足Lambert-Beer吸收定律，而且还要对测量结果所受到的外界因素影响进行考虑，例如米散射、利散射等对测量结果的影响等等。

3 差分吸收光谱技术在大气监测中的关键环节

随着社会不断发展，人们生活水平不断提升，环境污染已成为全社会关注的头等大事。为了解决这一问题，避免生态环境持续恶化，就要对相关问题进行深入分析，找有最佳解决方案。大气监测是一种环保途径，目前在国际上受到越来越多的关注。在技术不断发展的今天，大气监测无论是技术还是方法上都得到了提升，能够对大气污染气体进行精准监测。

3.1 对于获取高质量光谱采取的策略

差分吸收光谱技术是一种能够检测弱光谱形式的技术，而且其对噪声屏蔽、杂散光等方面所展示的客观干扰因素，一般情况下有着极高要求，而且为了能够确保检测结果精准可靠，就需要保证光谱测量质量。在差分吸收光谱技术中，吸收光谱扮演着重要角色，利用吸收光谱质量形式能够进一步提升检测精度。在实际应用过程中，一般是应用大焦距望远镜对阳光干扰影响进行降低;之后借助双Czemy-Turner结构的单色仪器防止在内部出现杂散光;再次，为了缩短扫描时间，可选择高速扫描，借助光电二极管阵列对光谱谱段进行检测，减少测量结果中的大气干扰;最后要让探测器在实际运行过程中保持一定的温度，不宜过高也不宜过低，要保持恒温，这样能够有效减少噪音。

3.2 光谱的反演计算

在差分吸收光谱技术中反演计算措施同样发挥重要作用，光谱的反演计算能够对测量是否成功产生直接影响。在差分吸收光谱技术实际应用过程中，一般存在三个光谱，分别是光源光谱、背景光谱以及测量光谱。在计算差分吸收光密度数值时，要对这三种不同的光谱做好减少暗电流干扰影响的措施。并借助测量光源光谱消除背景光谱，再让光源光谱消除，这样得到的结果则是预处理光谱。

3.3 差分吸收光谱技术测量精度的主要影响因素

在实际应用差分吸收光谱技术进行大气监测时，要对能够有效测量精度的因素进行考虑，主要包括以下几点：首先是标准吸收截面。标准吸收截面与波长存在必然联系，而且会受到温度以及压力的影响，因此在对大气污染物浓度进行实时反演计算时，没有相关温度的标准差分吸收截面依据。不仅如此，一般是在实验室内完成测定标准差分吸收截面的工作，但是在实际工作中会由于测量仪器出现问题造成测量结果出现偏差。其次是其他气体以及噪声。在实际测量过程中，由于其他气体以及不同种类的噪声会对光产生吸收，同样会让测量结果与实际情况不符。

4 差分吸收光谱技术在大气监测领域中的应用

在大气中，O3、NO2以及SO2是目前危害最大的三种污染物，更是大气监测的重点对象。差分吸收光谱技术监测这三种气体在谱段方面也存在一定差异：O3的谱段是250～310nm，NO2的谱段是380～440nm，SO2的谱段是260～340nm。在监测过程中，虽然谱段有所差异，但都需要监测的气体在谱段上进行差分吸收。从之前的研究来看，差分吸收光谱技术与传统气体监测技术相比，在监测结果上基本保持一致，但其中仍存在一些出入，究其原因就是在测量原理上的不同产生的偏差。差分吸收光谱技术能够对光路浓度均值进行測量，定点采样检测则是对空间点浓度值进行测量，即便是相同的测量方法也会出现相关性变差。所以将差分吸收光谱技术应用到大气监测领域能够得到良好效果，而且未来会有更好的发展前景。

对于OH以及NO3来说，无论是白天还是夜晚都是较为重要的基原子团，能够对还原性物质造成氧化。差分吸收光谱技术能够对NO3进行良好监测，也是能够监测NO3的唯一方法;而对于OH来说，差分吸收光谱技术在监测精度方面要比其他监测方法效果好。换句话说，差分吸收光谱技术能够对OH以及NO3进行非接触性测量，这本身就是一项优势，能够防止由于化学反应而导致测量结果出现偏差。除此之外，此项技术还能够对部分芳香烃、汞、CS2、NH3等进行科学监测，差分吸收光谱技术同样能够在平流层、对流层气体研究中发挥重要作用。

5 结束语

综上所述，在现阶段的大气监测领域中，差分吸收光谱技术得到了广泛应用，并取得了良好效果。由于差分吸收光谱技术具备多项优势，因此在大气监测中的位置越来越重要，为我国环保工作的开展提供了诸多便利。本文对差分吸收光谱技术定义与发展、工作原理、关键技术、实际应用进行了分析，希望能够为环境监测事业做出一点贡献。

参考文献

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收稿日期：2020-01-11

作者简介：赵雨云（1981-），男，汉族，本科学历，工程师，研究方向为环境应急监测。