长光程差分吸收光谱法痕量气体检测仪

长光程DOAS仪仪器特点



高灵敏度，足以探测到极低浓度的痕量气体（ppb级） 高区分能力，能够区别多成分混合物中的不同物质；实现 定量分析，至少实现对于混合物中指定化合物的监测。 用一个仪器实现多种化合物的同时监测（30余种气体）。 大的动态范围，利用相同的仪器即能实现低浓度的监测， 又能完成高浓度的监测。 高的时间分辨率，能够实现在线监测。 轻便，适用于现场监测和远程探测。 无需采样，可实现开放大气中的非接触测量。
DOAS数据范例及处理分析
气象中应用的光电仪器



太阳光谱的光电探测：常用仪器有太阳光度计， 光电接收方面如波长及相对能量的光谱仪，总辐 射表，净辐射表等。 气溶胶粒子的光电探测：常用仪器为凝结核计数 器。 化学成分的光电探测：常用仪器TE、DOAS。
TE:全称为Thermo Environmental Instrument Ine. 是世界领先的分析仪器研发和制造公司 。其 提供的产品，扩大了个别的气态污染物分析仪的 标准，包括涵盖范围广泛的微粒监测，有毒气体 传感器，挥发性有机化合物含量分析仪和完整的 环境监测系统。 DOAS：长光程差分吸收光谱（stands for Differential Optical Absorption Spectroscopy） 系统。
自选光电仪器介绍——长光程差分吸收光谱 法痕量气体检测仪（长光程DOAS仪）


差分吸收光谱技术（DOAS）系统被誉为远距离 监测的尖端技术，是以大气中的痕量污染气体对 紫外和可见波段的特征吸收光谱为基础，通过特 征吸收光谱鉴别大气中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。如 标准污染物NO2、SO2、NO、O3和芳香族有机 物苯、甲苯、间、邻、对－二甲苯、甲醛等。 整套试验装置是由电源，氙灯，望远镜，角反射 镜，光谱仪和分析系统组成。
自选光电测量仪器
翟晴飞 2008202466
一、光电仪器探测原理 二、气象中应用的光电仪器 三、DOAS仪器数据范例及分析

一、光电仪器探测原理



光电探测器种类繁多, 不胜枚举。原则上讲, 只要 受到光照射后其物理性质会发生变化的任何材料 都可用来制作光电探测器。现在广泛使用的光电 探测器是利用光电效应工作的。 光电效应:光照射到某些物质上，引起物质的电性 质发生变化。这类光致电变的现象被人们统称为 光电效应。 光电效应分为两类：内光电效应和外光电效应
差分吸收光谱法原理

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
差分吸收光谱技术(DOAS)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气体的浓度。 DOAS以Lambert一Beer定律为基础, “ 差分” 的概念是将 气体的吸收截面分为随波长的慢变化部分如分子瑞利散射、 米氏散射等和快变化部分即分子的窄带吸收。通过多项式 拟合高通滤波方法去除光谱中的慢变化部分, 剩下的是由 于分子的窄带吸收造成的光衰减。由于Lambert一Beer定 律具有线性性质, 空气中诸多气体的吸收可看作是线性叠 加, 故可采用最小二乘拟合方法, 用气体标准差分吸收截面 对测量得到的差分吸收光谱进行拟合, 反演出大气中气体 的浓度。
雪崩光电二极管

在反向偏置二极管的耗尽层中, 存在着一相当强的电场， 反向偏置电压越高, 耗尽层中电场强度越大，如果耗尽层 中的电场强度达到非常高时,在耗尽层中的光生电子和空 穴会被强电场加速而获得巨大的动能, 它们将与其他的原 子发生碰撞而激发产生新的二次碰撞电离的电子空穴对。 这些新产生的电子空穴对反过来又在耗尽层中被强电场加 速而获得足够的动能, 再一次又与其他原子发生碰撞电离 而激发产生更多的电子空穴对这样的碰撞电离一个接一个 地不断发生, 就形成所谓“ 雪崩”倍增现象, 使光电流放 大。
外光电效应

电真空器件中的光电管或光电倍增管是利 用外光电效应工作的, 即人射光子打在阴极 材料上, 将其内部电子轰击出来形成光电流, 它随人射光强改变, 从而可检测出光信号。
光电倍增管
光电仪器中的一个核心的东西就是光电倍 增管，它利用二次电子发射使逸出的光电 子倍增，获得远高于光电管的灵敏度，能 测量微弱的光信号。 光电倍增管由1个光阴极K和多个倍增电极 D1、D2、D3… (通常称为打拿极)以及阳极 A构成,在阳极和阴极之间加高压,各个打拿 极上由分压电阻给出一极比一极高的电位。
内光电效应

半导体光电器件包括光敏电阻, 光电池, 光电二极管, 光电 三极管, 雪崩光电二极管等利用的是内光电效应。 内光电效应和外光电效应的区别在于人射光子并不直接将 光电子从光电材料内部轰击出来, 而只是将光电材料内部 的电子从低能态激发到高能态, 于是在低能态留下一个空 位—空穴, 而在高能态上产生一个能自由移动的电子这样 一对由人射光子所激发产生的电子一空穴对, 称为光生电 子。空穴对光生电子空穴对虽然仍在材料内部, 但它改变 了半导体光电材料的导电性能如果设法检测出这种性能的 改变, 就可探测出光信号的变化 。

光电倍增管工作原理


光阴极K把阴极在光照下由外光电效应产生的电子聚焦在 面积比光阴极小的第一打拿极D1的表面上，在各打拿极 D1、D2、D3…和阳极A上依次加有逐渐增高的正电压,而 且相邻两极之间的电压差应使二次发射系数大于1，这样, 光阴极发射的电子在D1电场的作用下以高速射向打拿极 D1,产生更多的二次发射电子,于是这些电子又在D2电场的 作用下向D2飞去。如此继续下去，每个光电子将激发成 倍增加的二次发射电子，最后,在高电位的阳极收集到放 大了的光电流。 光电倍增管被广泛使用在天体光度测量和天体分光光度测 量中。其优点是：测量精度高，可以测量比较暗弱的天体， 还可以测量天体光度的快速变化。光电倍增管有两个缺点： ①灵敏度因强光照射或因照射时间过长而降低，停止照射 后又部分地恢复，这种现象称为“疲乏”；②光阴极表面 各点灵敏度不均匀。