差分吸收光谱技术DOAS介绍1
紫外差分吸收法原理
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。
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。
差分吸收光谱技术DOAS介绍1
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• 资料分析：利用DOAS对主要大气污染物NO2、SO2以 及O3的测量结果，分析了南京市主要大气污染物的 日变化规律、空气污染的“周末效应”以及与天 气情况的密切关系
1、污染物的日变化规律及其相互关系
(1)、O3和NO2的日变化规律
NO2 + hγ → NO + O
O + O2 + M → O3 + M
一、差分吸收光谱技术DOAS介绍
1、DOAS技术简介
差分吸收光谱技术DOAS(Differential Optical Absorption Spectrometry)是在20世纪70年代末由德国Heidelberg大学 环境物理研究所的U.Platt和D.Perner提出的,目前这一技术 广泛应用于大气环境监测。DOAS技术根据记录的在几公里长 的光程上大气中痕量物质对光的差分吸收来计算痕量物质的 浓度。长光程是为了获得极低浓度的大气污染物的可测量的 吸光率。使用差分吸收而不是绝对吸收是由于大多数大气污 染物在大气中连续存在,不可能获得未经衰减的大气光谱。
2、DOAS仪器的特点
DOAS仪器与传统的点探测相比具有以下优点: • 高灵敏度的实时测量:用同一个仪器实现了多种痕量物质的实时、同时 测量。 • 光程上的线测量:DOAS系统测量的是从光源到接收器之间位于大气中的 开放的光程上痕量气体的总吸收,因此得到的是给定光程上污染物的平 均浓度,它比用点探测得到的浓度更具有代表性。 • 高精度的非接触测量:用DOAS技术测量物质的浓度,不确定性仅仅受到 可独立测量的这种物质的差分吸收截面测量精度、大气吸收光谱测量 精度、光谱处理精度的影响。 • 低维护、低成本:由于DOAS是一种绝对测量技术,一旦给DOAS系统提供 了适当的参考光谱就不需要常规的气体校准。另外,维护周期短,运转 成本低。DOAS系统在无人照管的条件下可以长期运转,通过电话网上的 调制解调器与操作者通信,实现数据的自动采集或操作控制。
光化学反应中痕量气体的变化
毕业论文题目光化学反应中痕量气体的变化学生姓名段虎军学号20051320025院系大气物理学院专业大气物理学与大气环境指导教师朱彬（教授）二ＯＯ九年六月八日目录1 引言 (1)2 实验仪器介绍 (2)3 实验过程 (2)3.1 数据观测 (2)3.2 数据处理 (3)4结果分析 (3)4.1 O3、NO2和HNO2的季节变化特征 (3)4.1.1 O3、NO2的季节变化特征 (3)4.1.2 HNO2的季节变化特征 (4)4.2 O3、NO2、HNO2的日变化特征 (7)4.2.1 O3的日变化特征 (7)4.2.2 NO2的日变化特征 (7)4.2.3 HNO2的日变化特征 (8)4.3 O3、NO2、HNO2间的关系 (9)4.3.1 O3与NO2的关系 (9)4.3.2 NO2与HNO2的关系 (10)4.3.3 O3与HNO2的关系 (12)5 结论 (13)致谢： (14)参考文献 (14)光化学反应中痕量气体的变化段虎军南京信息工程大学大气物理学院，南京：210044摘要：本文通过对2008年南京江北地区的O3、NO2及HNO2三类大气污染物的DOAS数据进行处理和分析，得出其日变化、季节变化特征，并对三种痕量气体间的光化学变化进行了相应分析。
结果表明：该地O3浓度季节变化十分明显，春季浓度最高，初夏有所降低，之后又回升；NO2浓度呈现出冬、春、秋高，夏季低的特点；HNO2浓度4-6月份较低，其余月份都保持在较高值。
O3、NO2、HNO2三者的日变化都与大气扩散和人类活动密切相关；O3夜间值较低，白天由于光化学反应的发生，在午后太阳辐射最强时达到最大值，之后有下降趋势；NO2由于白天参与光化学反应而被消耗，出现最低值，夜间积累达最大值；HNO2最大值出现在夜间，白天由于自身的光解而消耗，出现最低值。
且三种气体间由于光化学反应及其它化学反应的发生，相互间有密切联系；O3与NO2、HNO2间有负相关关系；NO2与HNO2间有正相关关系。
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。
光学传感器在环境监测中的应用考核试卷
8.光电二极管的主要功能是将（）转换为电信号。
A.光能
B.热能
C.机械能
D.电能
9.光学传感器在环境监测中的应用主要包括（）。
A.空气质量监测
B.水质监测
C.噪音监测
D.以上都是
10.光学传感器具有（）特点。
A.灵敏度高
B.选择性好
C.抗干扰能力强
D.以上都是
11.光学传感器在水质监测中，常用于检测（）。
14.光学传感器在水质监测中，可以检测水的_______。
15.光学气体传感器在检测过程中，需要考虑_______、_______等因素。
16.光学传感器在水质监测中的优点包括_______、_______等。
17.光学传感器在空气质量监测中的主要传感器类型有_______、_______等。
18.光学传感器在环境监测中的应用，有助于提高_______、_______等。
5. PM2.5是指大气中直径小于_______微米的颗粒物。
6.光学传感器在空气质量监测中，可以检测_______浓度。
7.光学气体传感器中，_______传感器主要用于检测氢气。
8.光学传感器在水质监测中，可以检测水的_______。
9.光学传感器在环境监测中，具有_______、_______等特点。
18.光学气体传感器在室内空气质量监测中，主要用于检测（）。
A.二氧化硫
B.氨气
C.甲醛
D.以上都是
19.光学传感器在环境监测中，可以检测（）。
A.水温
B.水质浊度
C.水质pH值
D.以上都是
20.光学传感器在空气质量监测中，可以检测（）。
A. PM2.5
B.温度
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。
采用长光程差分吸收光谱技术(LP-DOAS)的中红外痕量一氧化碳检测仪
采用长光程差分吸收光谱技术(LP-DOAS)的中红外痕量一氧化碳检测仪吕默;王一丁;陈晨【摘要】Carbon monoxide ,as a kind of dangerous mine gas ,can easily accumulate in a complex mine environment poses a seri-ous threat to the safety of miners .This paper presents a compact carbon monoxide detector .This instrument have a mid-infrared quantum cascade laser operating at 4.65μm as light source ,with mercury cadmium telluride (HgCdTe) detector and 12 m com-pact absorption path to obtain trace-CO diagnostics .Self-designed high-speed photoelectric signal acquisition system solved the signal chain impedance mismatch problem which caused by commercial oscilloscope .This new acquisition system realized1GSPS sampling rate and vertical resolution of 12 bit at 400 M Hz sampling bandwidth which improved the detector''s sensitivity and in-tegration effectively .This instrument use long path differential optical absorption spectroscopy (LP-DOAS) theory .The detec-tion limit of the instrument which gives as 108 × 10-9 is obtained by comparing the residual between the measured spectrum and calculated theoretical spectrum with Voigt broadening .Detector''s measurement error has non-stationary ,slowly time-varying characteristics .According to this feature we use Allan deviation to estimated detector ''s sensitivity ,after about 40 seconds the deviation curve reached the minimum .The Allan deviation value is 61× 10-9 .In two-hour tests ,the stability of the detector is 2.1× 10-3 ,for up to 12hours of stability tests ,the detector''s stability can still reach 1.7 × 10-2 .This instrument has high flexibility ,through the replacement of different laser with different lasing wavelength;it can be achieved on a variety of trace gas detection .%一氧化碳作为一种危险的开采排放气体,在复杂的井下环境中极易累积,对矿工生命安全造成严重威胁.介绍了一种紧凑型一氧化碳检测仪,该仪器采用激发波长为4.65 μm的量子级联激光器作为光源,配合中红外碲镉汞光电探测器与光程长度12 m的紧凑型多次反射气室,实现了对痕量一氧化碳气体的检测.自主设计的新型高速光电信号采集系统解决了应用商业示波器造成的信号链阻抗失配的问题.这一新系统的采样带宽为400 MHz,采样频率1GSPS,垂直分辨率达到12 bit,有效的提高了检测仪的灵敏度与集成度.该仪器采用长光程差分吸收光谱法,通过比较实测光谱与进行Voigt展宽的理论光谱之间的残差得出此检测仪的检测下限为108×10-9.检测仪的测量误差有非平稳,慢时变的特点.根据这一特点我们采用阿伦方差对气体检测仪检测灵敏度进行了估计,经过约40 s方差曲线达到极小值,此时阿伦方差值为61×10-9.在2 h的稳定性测试中,检测仪稳定度达到2.1×10-3,在长达12 h的稳定性测试中,检测仪的稳定度依然可以达到1.7×10-2.此仪器具有较高的灵活性,通过更换不同激射波长的激光器可以实现对多种气体的痕量检测.【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2017(037)007【总页数】5页(P2278-2282)【关键词】量子级联激光器;痕量气体检测;光电信号采集系统;长光程差分吸收光谱;残差分析;阿伦方差【作者】吕默;王一丁;陈晨【作者单位】吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室, 电子科学与工程学院,吉林长春 130012;吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室, 电子科学与工程学院, 吉林长春 130012;吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室, 仪器科学与电气工程学院, 吉林长春 130061【正文语种】中文【中图分类】O657.3与传统的双极性半导体激光器相比，量子级联激光器(QCL)具有单色性好、量子效率高、温度稳定性好、波长设计灵活与响应速度快等独特优点[1]，中红外QCL的光谱范围覆盖三个重要的大气透射窗口，因此在气体检测领域有其他光源无法替代的优势[2-3]。
基于DOAS技术的国产在线比值分析仪
吸光度(AU)是用来衡量光被吸收程度的一个物理量，就是光线通过待测物质前的入射光强度与该光线通过待测物质后的透射光强度比值的对数，根据Beer-Lambert 定律，吸光度与物质的特征吸收、浓度以及测量光程成正比，如式(1)所示：0ln(()/())()AU I I L c λλσλ==⋅⋅ (1)式中：λ、L 、c 、σ (λ)分别为波长、测量光程、浓度和物质的特征吸收。
根据这个式(1)，只要知道AU 、L 和σ (λ)，便可计算出浓度c 。
然而，在实际的测量过程中，光强衰减并非只由物质吸收引起，特别是对大气，工艺管道气和烟气的测量过程中，引起光强衰减的因素常常还有瑞利散射(直径小于光波长的分子颗粒或粉尘颗粒引起)、米散射(直径远大于光波长的粉尘颗粒和水汽颗粒引起)，以及肉眼可见的粉尘和水汽颗粒的遮光作用，因此式(1)需要修正表示为式(2)：[]()()()()R M d AU L c σλελελελ=⋅⋅+++ (2)式中：εR (λ)、εM (λ)、εd (λ)分别为瑞利散射、米散射和遮光。
根据式(2)，要完成大气或粉尘较多的工况条件下的测量无疑相当困难，因为后三种消光因素的影响程度都是未知的。
DOAS 技术的创始人Platt 发现，后三种消光因素随波长是缓慢变化的，而相当部分气体的吸收光谱同时包含随波长的快速变化和缓慢变化。
粉尘颗粒虽然会对吸收光谱的缓慢变化部分形成干扰，但对快速变化部分却几乎没有影响。
因此，只要从总的吸收光谱中剔除掉缓慢变化的部分，只用快速变化的部分来进行浓度计算，便可以得到很好的结果。
这就是DOAS 技术的核心思想：吸光度的快慢变化分离。
如图1所示以SO 2为例说明DOAS 技术分析过程。
0 引言自从20世纪30年代改良Claus 工艺实现工业化以后，以H 2S 酸性气为原料的回收硫生产工艺得到了快速发展。
经过半个世纪的快速发展，Claus 法工艺在催化剂研制、自控仪表应用/材质和防腐技术改善等方面取得了较大的发展，80年代以来在硫回收工艺技术方面有了许多发展。
DOAS仪器原理及应用
四、DOAS检测仪器的校准检验
• 校准步骤： 由于各厂商DOAS系统结构与组成不尽相同，在校准时具体
步骤也略有不同，各用户可根据有关资料与说明进行。下面以 蓝盾LGH-01 DOAS系统为例介绍其校准过程： 1. 校准的方法
关闭光程，在零光路的短光程上叠加一校准池，通入标准 气体，使其光程等效浓度达到要求； 2. 校准用设备 ① 低压笔形汞灯：根据汞灯特征谱与实际测量普的比对，系
每3个月进行一次单点检验(选择一个项目用等效浓度为满 量程10%到20%的标气)，每年进行一次多点校准(等效浓度) • DOAS监测仪器校准方法有两种： ① 在原光程上叠加一个校准池，通入标准气体，进行校准。 ② 采用一个与实际监测相同的氙灯源和一个短光程，通过调 节短光程中吸收池的长度和通入的标气浓度，进行校准。
步骤4：计算读数误差:ε=(������������- ������������)/ ������������*100% ������������为加标气到校准池后，仪器的响应值 (μg/������3) ；
步骤5：要求监测仪器的读数误差ε在5%以内，如超过，则需要对仪器进行参数修正或仪 器性能检查
② 等氙灯电源冷却下来再打开氙灯电源，检查 电源电压及氙灯电源内部风扇
③ 更换氙灯
① 没有对准 ② 光路被遮挡
③ 反射镜窗口或角反射镜表 面被污染
① 调整望远镜粗调旋钮 ② 移开遮挡物 ③ 清晰窗口或角反射镜表面
① 光路偏移 ② 灯老化或使用时间过久 ③ 气候状况(雨、雾等)
① 见上 ② 更换氙灯 ③ 不是故障，让仪器正常运行，继续采集数据
二、DOAS测量方法简介
2. DOAS仪器基本装置 DOAS整套仪器主要包括：光源、发射和接
地基MAX-DOAS简要技术说明
技术说明文件——地基多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）一、系统组成地基多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）由散射光收集系统，温控系统、数据采集及处理系统等组成，其仪器照片图1所示。
图1 地基MAX-DOAS系统照片图2 地基MAX-DOAS系统结构示意图图2为MAX-DOAS系统结构示意图。
该系统由棱镜、望远镜、遮光板及其驱动装置、电机及温度控制电路板、光纤、光谱仪与控制计算机等组成。
棱镜将散射光导入接收望远镜中，接收望远镜将散射光汇聚到光纤中，驱动电机带动棱镜旋转将不同角度的散射光导入接收望远镜中，而遮光板的功能为控制光路的通断，实现对背景的测量。
进入望远镜的散射光在完成色散、采集与数字化通过USB线传导到计算机中存储、计算，最终实现对大气痕量气体垂直柱浓度的解析。
二、技术参数1、硬件部分：◆散射光测量角度：0°、5°、10°、15°、20°、90°◆接收望远镜视场角：1°◆望远镜直径：25mm；◆焦距：113 mm；◆光谱仪分辨率：优于0.6nm◆量化精度：14bits◆光谱范围：290-420nm◆工作条件：温度：－10～50℃，相对湿度：<96％，大气压力：80～106Kpa◆工作电压：～220V±10V，50Hz～60Hz◆功率：400W2. 监测组分：◆可测大气成份：NO2、SO2、O3◆NO2斜柱浓度精度：5%◆SO2斜柱浓度精度：10%，◆O3斜柱浓度精度：5%◆斜柱浓度测量下限：1E+16molec./cm2 (4ppmm)(NO2,SO2)2E+17molec./cm2（80ppmm）(O3）◆积分时间：<2S3、软件部分：主要功能包括：1、控制功能●控制仰角电机测量不同仰角的大气谱●控制挡板电机选择测量大气谱和背景谱●根据环境条件，调整探测器的积分时间、累加次数、数据采集等功能所有上述控制过程既可以手动，也可以在程序中自动控制。
DOAS仪器原理及应用PPT课件
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一、DOAS系统发展与现状
2. 差分吸收光谱方法具有以下优点
① 监测范围很广，所测得的气体浓度是沿几百米到 几公里长的光路上的气体浓度的平均值，可以消除 某些污染排放源对测量的干扰，所以测量结构更具 有代表性。 ② 由于该方法是非接触性测量，因而可以避免一些 误差源的影响，如监测对象的化学变化、采样器壁 的吸附损失等，这特别适合于测量一些性质比较活 泼的气体分子和离子的质量浓度。 ③ 测量周期短、响应快，并且仪器可实现紫外到可 见光谱区的扫描，从而用一台仪器可实时监测多种 不同气体的质量浓度。 ④ 采用光学仪器比较稳定，因此，维护. 量小，运行 5
氙灯点不亮 或熄灭
极少或没有 反射光
信号强度太 低
① 控制端口设置不正确 ② 望远镜底部定标电机没有
初始化结束 ③ RS232-RS485转接模块故
障 ④ RS485信号箝位 ⑤ 线路连接不良
① 氙灯电源故障 ② 氙灯电源过热或过压、欠
压保护 ③ 氙灯老化
① 没有对准 ② 光路被遮挡 ③ 反射镜窗口或角反射镜表
一、DOAS系统发展与现状
3. 差分吸收光谱方法具有一些不足： DOAS系统也存在一些不足，比如对环境 的要求比较高，在浓雾、大雨、沙尘暴 天气，信号被大幅度衰减，而使接收端 得不到足够的光强信号时，该仪器不能 正常运行。
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二、DOAS测量方法简介
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二、DOAS测量方法简介
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二、DOAS测量方法简介
通过对校准曲线进行评价，可以判断仪
器设备工作情况，校准曲线的截距反映
了监测仪器的零点漂移情况，斜率反映
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四、DOAS检测仪器的校准检验
环境空气中挥发性有机物监测技术
环境空气中挥发性有机物监测技术发布时间：2021-02-02T15:39:37.500Z 来源：《基层建设》2020年第27期作者：林晓红马立科石仁德[导读] 摘要：随着社会的发展，我国的环境工程建设的发展也有了改善。
山东省青岛生态环境监测中心山东青岛 266000摘要：随着社会的发展，我国的环境工程建设的发展也有了改善。
环境空气中挥发性有机物具有较强的光化学活性，可以通过与氮氧化物等结合生成臭氧、二次有机气溶胶，从而污染环境，对人体也有很大的危害，因此采用有效的监测方法准确判断VOCs的浓度与组成，从而分析其来源具有十分重要的意义，文中总结与讨论了近些年来对于VOCs监测经常采用的方法，分析比较了各方法的优缺点，以期在VCOs的监测中根据监测的化合物类别选择恰当的方法。
关键词：环境空气；挥发性有机物；监测技术引言随着我国经济的快速发展，这也就在一定程度上推动了各行各业的向前发展，从而使得我国人们的生活水平得到了极大的提高。
但是社会的快速发展，也在一定程度上造成了一定的环境问题。
其中有机污染物作为当前环境污染中较为重要的组成部分，对于居民生活环境有着较大的影响。
为了能够有效的处理挥发性有机物污染问题，我国正在努力追究挥发性有机物的主要来源，从而能够制定合理的处理措施，有效实现环境污染的有效治理。
另外，挥发性有机物污染的防治研究，还能够在一定程度上推动我国化工企业的有效发展，从而实现当前社会经济的稳定发展。
1挥发性有机物的定义目前国内外关于挥发性有机化合物（V olatileOrganicCompounds，以下简称VOCs）的具体定义并没有统一的认识，在各类监测方法中更加注重对目标化合物的监测，下面将国际上对VOCs的几种定义列举如下：世界卫生组织（WHO）将其定义为：当大于标准大气压时，在室温下以气态状态存在于空气中、沸点范围在50℃～260℃的这一类有机化合物总称。
美国联邦环保署（EPA）、美国ASTMD3960－98标准等将其定义为：可以参与大气光化合作用的有机化合物。
地基MAX-DOAS简要技术说明
技术说明文件——地基多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）一、系统组成地基多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）由散射光收集系统，温控系统、数据采集及处理系统等组成，其仪器照片图1所示。
图1 地基MAX-DOAS系统照片图2 地基MAX-DOAS系统结构示意图图2为MAX-DOAS系统结构示意图。
该系统由棱镜、望远镜、遮光板及其驱动装置、电机及温度控制电路板、光纤、光谱仪与控制计算机等组成。
棱镜将散射光导入接收望远镜中，接收望远镜将散射光汇聚到光纤中，驱动电机带动棱镜旋转将不同角度的散射光导入接收望远镜中，而遮光板的功能为控制光路的通断，实现对背景的测量。
进入望远镜的散射光在完成色散、采集与数字化通过USB线传导到计算机中存储、计算，最终实现对大气痕量气体垂直柱浓度的解析。
二、技术参数1、硬件部分：◆散射光测量角度：0°、5°、10°、15°、20°、90°◆接收望远镜视场角：1°◆望远镜直径：25mm；◆焦距：113 mm；◆光谱仪分辨率：优于0.6nm◆量化精度：14bits◆光谱范围：290-420nm◆工作条件：温度：－10～50℃，相对湿度：<96％，大气压力：80～106Kpa◆工作电压：～220V±10V，50Hz～60Hz◆功率：400W2. 监测组分：◆可测大气成份：NO2、SO2、O3◆NO2斜柱浓度精度：5%◆SO2斜柱浓度精度：10%，◆O3斜柱浓度精度：5%◆斜柱浓度测量下限：1E+16molec./cm2 (4ppmm)(NO2,SO2)2E+17molec./cm2（80ppmm）(O3）◆积分时间：<2S3、软件部分：主要功能包括：1、控制功能●控制仰角电机测量不同仰角的大气谱●控制挡板电机选择测量大气谱和背景谱●根据环境条件，调整探测器的积分时间、累加次数、数据采集等功能所有上述控制过程既可以手动，也可以在程序中自动控制。
DOAS仪器原理及应用
① 控制端口设置不正确 ② 望远镜底部定标电机没有
初始化结束 ③ RS232-RS485转接模块故
障 ④ RS485信号箝位 ⑤ 线路连接不良
① 氙灯电源故障 ② 氙灯电源过热或过压、欠
压保护 ③ 氙灯老化
① 没有对准 ② 光路被遮挡 ③ 反射镜窗口或角反射镜表
面被污染
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四、DOAS检测仪器的校准检验
• DOAS监测仪器的校准方法一： 1. 叠加一个校准池，进行精密度检查
在每个监测光程配备一个校准池，直接 放置于接收器前窗。校准池通常是永久 固定式的。下图为OPSIS AR500系统 CC150装置，该装置固定于ER150接收器 前窗。在没有气象因素干扰的情况下进 行。向校准池通标气，待其稳定后方可 开始测量。
① 光路偏移 ② 灯老化或使用时间过久 ③ 气候状况(雨、雾等)
① 将软件主界面右上角控制端口设置成COM1或 COM2
② 等初始化结束后重新启动CNDOAS软件 ③ 更换RS232-RS485转接模块 ④ 断开与PM10、气象仪的通讯连接，重新启动
CNDOAS软件 ⑤ 检查通讯部件之间的连接线缆
① 点氙灯时，可以听到点火声，如果听不到声 音或听到吱吱声，联系厂家
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四、DOAS监测仪器的校准检验
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四、DOAS监测仪器的校准检验
• DOAS监测仪器的校准要求： ① 系统在安装调试期间，应对检测仪器精
密度检查和准确度检查。 ② 系统更换机械运动部件、光学部件、检
测传感器和光源等主要部件，必须进行 精密度检查。 ③ 系统运行中每个月需用汞灯对光谱仪波 长进行一次标定，每3个月进行一次单点 检验(选择一个项目用等效浓度为满量程 10%到20%的标气)，每年进行一次多点 校准(等效浓度)
紫外差分气体分析
紫外差分气体分析一、概述紫外差分气体分析仪OEM 模块是我司针对国内外环保、工业控制现场在线气体分析自主研发的一款烟气分析仪产品。
它基于紫外吸收光谱和差分吸收光谱原理，采用光学技术平台，可在线分析测量包括SO 2、NO 、NO 2、O 2、H 2S 、Cl 2、NH 3等多种气体浓度。
二、 技术原理● 紫外差分气体分析DOAS 原理由于同种气体在不同光谱波段有不同的吸收，不同气体在同一光谱波段的吸收叠加作用，通过对连续光谱的分析，可以同时测量多种气体。
本系统采用全息光栅对被测气体吸收后的光进行分光，使用阵列传感器将分光后的光信号转换成电信号，获得介质的连续吸收光谱，实现了多种气体的同时测量。
● 独特的差分光学吸收光谱算法使用其对连续光谱数据进行处理得到气体浓度。
光束穿过长度为L 的被测气体环境后，由于气体对光的吸收作用，光能量将发生衰减。
被测气体在波长λ处对光强的吸收，可用Beer-Lambert 关系准确表述：()()()(){}0I =I exp -L C +i i λλσλελ⎡⎤⎣⎦式中：()0I λ－入射光在波长λ处相对强度； ()I λ－出射光在波长λ处相对强度； L －光程；C i －第i 种气体浓度； ()i σλ－第i 种气体的吸收系数；()ελ－粒子散射等因素导致的消光系数；由上式可见，普通的算法根本无法区分光衰减是气体吸收引起的还是粒子散射等非吸收引起的，而差分吸收算法是将气体的吸收分解为两部分：()()()=+i ir is σλσλσλ，其中()ir σλ是随波长快变化的部分，()is σλ是随波长慢变化的部分，而粒子散射等因素导致的消光作用都是随波长缓慢变化的。
显然，吸收中随波长快变化的部分只与气体吸收有关，对其进行相应的算值便可得到相关气体的浓度。
分析仪光学原理如下图（图1）所示。
图 1 紫外分光光度法光学原理图分析仪光学原理图分析仪采用紫外差分算法检测气体浓度，其中SO2、NOx等气体在紫外波段存在吸收，如图2所示：图 2 各组分气体在紫外波段的吸收图三、模块示意图图3：低量程模块示意图四、技术参数五、模块特点●采用最先进在线分析技术，精度高、下限低、温漂小✓采用紫外吸收光谱气体分析技术和化学计量学算法，测量精度完全不受水分和粉尘影响，探测下限低、温漂小。
NO气体紫外差分吸收截面的测量
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。
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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？
其中,I(λ )就是测量得到的采样光谱,I′0(λ )则可通过提 取出I(λ )的慢变化得到。因为差分吸收截面σ ′i(λ )可 由文献或实验室测量的绝对吸收截面σ i(λ )计算得到,光 程长L可通过激光测距等手段获得,所以只要有相应的差分 吸收光谱(足够多的数据点),利用最小二乘,就可以得到各 种吸收气体的浓度ci。
I0(λ )=I0(λ )exp[-L(∑i(σ io(λ )ci)+ε R(λ )+ε M(λ ))]A(λ ) (4)
(4)式包含光谱强度的慢变化部分,即消光、大气紊乱、气体的 “宽带”吸收结构以及系统传输函数等引起的光强变化。
定义D′(λ )为差分吸收光谱,可以表示为:
D′(λ )=lnI′0(λ )I(λ )=L·∑iσ ′i(λ )·ci(5)
• 资料分析：利用DOAS对主要大气污染物NO2、SO2以 及O3的测量结果，分析了南京市主要大气污染物的 日变化规律、空气污染的“周末效应”以及与天 气情况的密切关系
1、污染物的日变化规律及其相互关系
(1)、O3和NO2的日变化规律
NO2 + hγ → NO + O
O + O2 + M → O3 + M
一、差分吸收光谱技术DOAS介绍
1、DOAS技术简介
差分吸收光谱技术DOAS(Differential Optical Absorption Spectrometry)是在20世纪70年代末由德国Heidelberg大学 环境物理研究所的U.Platt和D.Perner提出的,目前这一技术 广泛应用于大气环境监测。DOAS技术根据记录的在几公里长 的光程上大气中痕量物质对光的差分吸收来计算痕量物质的 浓度。长光程是为了获得极低浓度的大气污染物的可测量的 吸光率。使用差分吸收而不是绝对吸收是由于大多数大气污 染物在大气中连续存在,不可能获得未经衰减的大气光谱。
2、DOAS仪器的特点
DOAS仪器与传统的点探测相比具有以下优点: • 高灵敏度的实时测量:用同一个仪器实现了多种痕量物质的实时、同时 测量。 • 光程上的线测量:DOAS系统测量的是从光源到接收器之间位于大气中的 开放的光程上痕量气体的总吸收,因此得到的是给定光程上污染物的平 均浓度,它比用点探测得到的浓度更具有代表性。 • 高精度的非接触测量:用DOAS技术测量物质的浓度,不确定性仅仅受到 可独立测量的这种物质的差分吸收截面测量精度、大气吸收光谱测量 精度、光谱处理精度的影响。 • 低维护、低成本:由于DOAS是一种绝对测量技术,一旦给DOAS系统提供 了适当的参考光谱就不需要常规的气体校准。另外,维护周期短,运转 成本低。DOAS系统在无人照管的条件下可以长期运转,通过电话网上的 调制解调器与操作者通信,实现数据的自动采集或操作控制。
4、DOAS系统的构成
整个DOAS系统主要包括:
• 光源
• • • • • 光发射和接收装置 角反射镜 石英光纤 光谱仪 光探测器(PDA光电二极管阵 列) 配套的计算机
• 数据采集卡(A/D转换)
• 光发射/接收单元采用开路式单 端结构
发射器和接收器
• 一个带氙灯和供电 装置的发射器 • 一个捕捉光源的接 收器
DOAS大气成份测量原理 与数据处理
张艳燕
2008202456
目录
一、差分吸收光谱技术DOAS介绍 1、DOAS技术简介 2、DOAS仪器的特点 3、DOAS系统的测量原理 4、DOAS系统的构成 二、DOAS技术测量数据处理与讨论 1、O3、NO2 及SO2的日变化规律及相互关系 2、空气污染的“周末效应”分析 3、污染物浓度日变化与气象条件的关系 三、思考题
光缆 用于把接收器收 到的光传输到光 谱分析仪内
PS150电源 提供20伏特/8安培直 流电给发射器使用
多路器 切换长、短光路接收 光谱
AR500分析仪 测量、计算及分析的中 央处理器 • 光谱分析仪 • 计算机
二、DOAS技术测量数据处理与讨论
观测资料介绍
• 采样时间：南京市2008年4月至2008年9月
DOAS技术的关键是将吸收截面σ i(λ )分解为两部分:
σ i(λ )=σ i0(λ )+σ i(λ ) (3)
(3)式中σ i0(λ )表示吸收截面中随波长缓慢变化的“宽带”光 谱部分(低频),σ i(λ )表示吸收截面中随波长快速变化的“窄 带”光谱部分(高频),即差分吸收截面。定义I0(λ )为不包含差 分吸收时的光强: