差分吸收光谱技术DOAS
第三章-直接测量式及DOAS原理CEMS
据一些常见污染物的差分吸收光谱，选取一些 特征波段对其进行测量便可得到浓度，经与标 准吸收谱进行比较，便可得到所测气体的浓度。 若要扩展监测种类，只需将污染气体的标准吸 收谱输入数据库即可，无需对硬件进行更新。
主要气体 二氧化硫 一氧化氮 二氧化氮 SO2 NO NO2 参考波长（nm） 210 225 245
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单波长法
据朗伯-比尔定律，在最大吸收峰处，气体 浓度C可由下式来进行计算。
C A /( K * L) (ln I0 ) /( K * L) It
在给定波长处，某一物质的K值为常数，根 据上式，便可由所测得的计算出该物质的浓度。
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单波长法
单波长测量原理存在以下问题：
粉尘干扰：粉尘导致透过光强变化，使测量结果不准确； 仪器老化：仪器老化导致原始光强变化，使测量结果不准 确； 交叉干扰：目前采用单波长原理的仪器基本都是采用滤光 片来实现的，一般滤光片的带宽在20~30nm，探测器测 量的是这个波段内光强的积分值。在CEMS领域，这个带 宽内，一般都会有干扰。干扰导致透过光强变化，使测量 结果不准确； 校准周期：仪器老化和光路污染均可导致原始光强变化， 因此需要通过频繁的校准来校正； 光路污染：光路污染导致原始光强变化，使测量结果不准 确。
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直接测量式CEMS结构介绍
辐射光源 一个良好的光源要求具备发光强度高、光 亮稳定、光谱范围广和使用寿命长等特点。 常用的紫外光源有汞灯、紫外线金属卤化 物灯 、氙灯 、氘灯 。
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直接测量式CEMS结构介绍
辐射光源
汞灯：汞灯的光谱主要是原子的线状光谱，光谱的连续性很差，一般用作波长 校准、非分光紫外光度分析等。
差分吸收光谱技术中吸收截面的测量
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。
差分光学吸收光谱
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。
烟尘烟气连续自动监测系统复习考试题大题题库：简答、操作题整理
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。
孙延庆：TDLAS遥测研究开题报告
TDLAS烟囱遥测的文献综述和研究设想一、用于大气痕量气体遥测的主要光谱学技术目前见诸报道的关于遥测的技术主要用于大气中痕量气体的测量。
在大气痕量气体的遥测技术中，目前主要有紫外/可见波段的差分光学吸收光谱学（DOAS）、差分吸收激光雷达（DIAL）、红外波段的傅里叶变换光谱（FTIR）和可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）四种光谱技术[1]。
下面分别简单叙述：1.差分光学吸收光谱学（DOAS）差分光学吸收光谱技术（DOAS）是一种通过测量经过大气分子衰减的吸收光谱，并且在计算机中进行光谱处理的一种分析技术，它对诸如探测器、光谱仪和光源类型等都没有特定要求，对光程也没有限定，因此既可以采用远处放置后向反射镜的开放光路，也可以采用短距离的开放光路。
为了提高检测灵敏度，短距离测量时通常采用多次反射池结构。
而在开放光程大气测量时，由于不存在池壁吸收或损耗等问题，因此特别适用于对大气化学循环中不稳定、短寿命的中间体如自由基的测量，80年代德国马普化学所大气化学部的Cruzten教授采用机载可调谐红外激光差分吸收光谱系统实时测量臭氧洞形成过程中的大气痕量气体，揭示了活性自由基的催化循环反应在臭氧洞形成过程中的作用，从而获得了1995年度诺贝尔化学奖。
近十多年来，DOAS技术的应用已经得到了极大的发展，包括用太阳光、天空散射光作光源的被动DOAS技术，以及测量痕量气体三维浓度分布场的断层扫描DOAS技术，已被广泛应用于各种测量平台如地基、机载、星载和球载平台进行各种大气痕量气体、污染气体和大气垂直廓线的测量[2]。
国内对于差分光谱吸收技术（DOAS）的研究也一直在进行，包括中科院和东南大学[2,3]。
目前，DOAS可以实现工业烟道SO2排放的实时测量，还可以对二氧化氮（NO2)、一氧化氮（NO)、臭氧（O3）、苯（C6H6)、甲苯（C7H8)、甲醛（CH2O)和氨（NH3)等污染气体实施有效的实时监测，DOAS系统还可以同时对烟道的温度、烟气流速、烟尘和含氧量进行监测。
差分吸收光谱技术中吸收截面的测量
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。
紫外差分光谱法烟气综合分析仪(DOAS)标准介绍
紫外差分光谱法烟气综合分析仪（以下简称分析仪）以紫外差分吸收光谱技术为核心的新型产品，主要用于排气管道中有害气体成分的测量，广泛应用于环境监测以及热工参数测量等部门，该分析仪是我公司多年精心研制的具有自主知识产权的高品质仪器，产品多项设计填补空白。
产品采用工业级高速处理器，10.1寸工业触摸屏，人机界面兼容按键和触摸双模式，可进行局域网和广域网的组网及数据传输；烟气取样、工况测量、烟气预处理三合一，现场使用方便；内置可充电锂电池，交直流两用，宽输入电压(DC12~28V,AC80~260V),电压适用范围更广；烟气测量采样双量程设计的数学模型修正算法，提高数据测量的准确性和线性度；关键部件采用恒温控制，提高仪器的温度适用范围。
精心的设计，友好的人机界面，竭诚为用户提供一款精致、、贴心、耐用的高品仪器该分析仪性能指标均符合国家环保局颁布的烟气测试仪的有关规定。
采用紫外差分吸收光谱技术和化学计量学算法测量SO2、NO、NO2、O2、CO、CO2、H2S等气体的浓度，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，具有测量精度高、可靠性强、响应时间快、使用寿命长等优点。
分析仪研制过程中广泛征求专家及广大用户的意见，采用高性能长寿命脉冲氙灯、耐腐蚀吸收池、进口高分辨光谱仪、传感器及新材料领域的高新技术，竭力为用户提供一台质量可靠、性能稳定的高品质仪器。
GB/T37186-2018《气体分析二氧化硫和氮氧化物的测定紫外差分吸收光谱分析法》HJ/T397-2007《固定源废气监测技术规范》DB37/T2704-2015《固定污染源废气氮氧化物的测定紫外吸收法》DB37/T2705-2015《固定污染源废气二氧化硫的测定紫外吸收法》DB37/T2641-2015《便携式紫外吸收法多气体测量系统技术要求及检测方法》JJG968-2002《烟气分析仪检定规程》GB13233-2011《火电厂大气污染物排放标准》紫外差分光谱法烟气综合分析仪,紫外差分烟气综合分析仪,紫外烟气综合分析仪,紫外差分光谱法烟气分析仪,紫外差分烟气分析仪,紫外烟气分析仪,紫外差分烟气分析仪仪价格,紫外差分烟气分析仪厂家,紫外差分烟气分析技术指标,紫外差分烟气分析仪操作指南,紫外差分烟气分析仪使用方法,紫外差分烟气分析仪,紫外烟气分析仪,紫外差分光谱法烟气分析仪,GB37186紫外差分光谱法烟气分析仪3.技术特点1.采用紫外光谱差分吸收技术（DOAS）测量固定污染源排气中的SO2、NO、NO2等气体浓度，测量精度高，不受烟气中水蒸气影响，特别适合高湿低硫工况。
差分吸收光谱技术DOAS介绍1
考虑到瑞利(Rayleigh)散射、米(Mie)散射以及大气中 其它
物质的消光因素,可以得到修正后的Lambert-Beer定律形式:
I(λ )=I0(λ )exp[-L(∑i(σ (λ )ci)+ε R(λ )+ε M(λ ))]A(λ ) (2)
其中,A表示系统的传输函数,ε R表示瑞利散射消光系数,ε M 表示米氏散射消光系数,式中同时考虑存在多种吸收气体的情 况。
NO + O3 → NO2 + O2
1、污染物的日变化规律及其相互关系
(2)、SO2的日变化规律
人类活动开始 地面大气扩散未充分发展
大气层结稳定 不利扩散
2、空气污染的“周末效应”分析
(1) 周末-工作日NO2日变化规律对比
2、空气污染的“周末效应”分析
(2)周末-工作日O3的日变化规律对比
3、DOAS系统的测量原理
差分光学吸收光谱技术的工作原理是利用分子的窄带吸
收光谱来辨别气体的成分,通过其吸收谱的强度推导被测 气体的浓度,其理论基础是Lambert-Beer定律:
I(λ )=I0(λ )exp(-σ (λ )cL) (1)
其中,光源发出的光强为I0,经过光程L,在接收端得到的 强度为I。I0和I都是波长λ 的函数。如果浓度c的单位用 mole/cm3,则气体的吸收能力用吸收截面σ (单位 :cm2/mole)来表示。
2、空气污染的“周末效应”分析
(3)周末-工作日SO2的日变化规律对比
3、污染物浓度日变化与气象条件的关系
不同天气条件下O3的日变化规律
晴天云量少 光照强度大 光化学反应活跃 反应速率常数大
三、思考题
1、DOAS系统主要由哪几部分构成？
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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。