DOAS

即为差分吸收光谱

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.其分类可根据有无光源分为主动DOAS和被动DOAS，根据光程长短分为长光程DOAS和短光程DOAS。

发展历史：

差分吸收光谱方法（differential optical　absorption　spectroscopy，DOAS）最早由德国Heidelberg大学环境物理研究所的Platt提出，专门用于城市、地下通道、工业矿区的有害气体的监测。该方法具有原理和结构简单、响应速度快、精度高等优点。随着应用范围的不断扩大，DOAS也已经在烟气排放监测领域得到广泛应用。其基本原理是以被测气体在紫外和可见光波段的差分吸收光谱特征为基础，通过差分吸收光谱强度来反演气体的浓度。主动DOAS方面，瑞典的一家公司于1986年成功的升级并确立DOAS技术并用于Hg的分析，美国热电子公司也设计了自己的DOAS系统。1990年，Axelson等人才用了Cassegrain结构，将接收发射装置安装在同一望远镜系统，该系统被沿用至今。2005年，DOAS的断层扫描技术被实际应用并取得良好效果，它可以活的痕量气体的二维或三维的浓度分布，对气体的三维空间监测十分有利。被动DOAS方面，已经逐步实现了从地基观察到空中检测，再到星载遥测的发展。其中，星载遥测主要是利用卫星作为平台，从大气层外界观测某些污染物或者大气痕量气体在全球的分布情况。2001年，瑞典的科学家率先研发出mini-DOAS设备，其便携性和简易操作的性质使得该技术被迅速应用到污染气体检测中。刚开始多用于火山喷发气体的测量，随着技术的发展，该技术现在被应用到发电厂，造纸厂等污染源排放集中的地方。

基本原理：

根据郎伯一比耳定理I (K) = I 0(K) exp(2R(K) cL)，根据对监测光的吸收程度不同来监测污染因子的浓度。浓度c 的单位用molecule / cm3, 则气体的吸收能力用吸收截面R( 单位: cm2/ molecule) 来表示。考虑到瑞利(Rayleigh) 散射、米氏(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Lambert2Beer定律形式: I (K) = I 0(K) exp[ - L( Ei(R(K) ci) +ER(K) + EM(K) ) ]A(K)（第二I后面的0是下标，表示初试的光强）。 其技术关键在于将吸收截面Ri(K) 分解为两部分:Ri(K) = Ri0(K) + Ri (K) ，Ri0(K) 表示吸收截面中随波长缓慢变化的/ 宽带0光谱部分( 低频) , Ri(K) 表示吸收截面中随波长快速变化的/ 窄带0 光谱部分( 高频) , 即差分吸收截面。定义I0(K) 为不包含差分吸收时的光强:I 0(K) = I 0(K) exp[ - L( Ei(Rio(K) ci) +ER(K) + EM(K) ) ]A(K)，该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0吸收结构以及系统传输函数等引起的光强变化。定义Dc (K) 为差分吸收光谱, 可以表示为:Dc (K) = ln Ic0(K)I (K)= L# EiRci(K)#ci（该式中c为上标，表示差分）。其中, I (K) 就是测量得到的采样光谱, Ic0(K) 则可通过提取出I (K) 的慢变化得到。因为差分吸收截面Rci(K) 可由文献或实验室测量的绝对吸收截面Ri (K)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。该技术的主要思路如右图所示。

优缺点：

DOAS广泛用在紫外和可见波段范围，监测标准污染物03、NO二、502和苯等，测量的种类仅限于对该波段的窄吸收光谱线的气体成分，但其对于大气平流层中的易反应气体OH、NO3和HONO的测量十分有效.和其他传统光学监测方法相比，可同时监测多种成分，但是其监测中受水汽和气溶胶影响较大。国内对于DOAS监测技术做的比较成熟的有安徽合肥安光所，天津大学等科研机构。