Abstract
波长调制-直接吸收光谱（WM-DAS）同时具有直接吸收光谱（DAS）可测量吸收率函数和波长调制光谱（WMS）高信噪比的优点，本文首先采用WM-DAS光谱，在50 cm光程和室温低压下，CO分子近红外4300.7 cm-1谱线吸收率检测限低至4×10-7（200 s）；然后结合120 m长光程Herriott池，在室温大气压下，吸收率函数拟合残差标准差达到5.1×10-5（1 s）。最后利用长光程WM-DAS测量系统，对不同浓度（0.44~9.6 ppm）CO进行了动态测量，并将其与腔衰荡光谱（CRDS）进行比较；实验结果表明：本文采用的长光程WM-DAS与CRDS方法测量结果相同，其中长光程WM-DAS系统CO浓度检测限低至0.9 ppb（200 s），系统简单且测量速度远快于CRDS。与此同时，利用建立的长光程WM-DAS测量系统连续监测1个月时间内大气痕量CO浓度及其变化趋势，其测量结果与中国环境监测总站高度一致。
Highlights
量不同,本文采用免标定、高信噪比的 Wavelength modulation-direct absorption spectroscopy (WM-DAS) 方法,结合 Herriott 多通池实现 了大气中痕量 CO 浓度连续在线监测。首先,采用该方法在常温低压及光程 0.5 m 条件下,连续静态测量 CO 分子 4300.7 cm-1 谱线的吸收率函数,得到最小可探测 吸收率~4×10-7,验证该方法的高信噪比;然后,采用 WM-DAS 方法结合 120 m 的 Herriott 池,对室温常压下 4300.7 cm-1 谱线吸收率函数进行静态测量,并对不 同浓度 CO 进行动态测量,与高精度的 cavity ring-down spectroscopy (CRDS) 测量结果进行对比。最后,利用长 光程 WM-DAS 测量系统连续监测大气 CO 约一个月时间,并与中国环境监测总 站测量结果进行比较分析。
WM-DAS spectrum is used to measure the absorptivity of 4300.7 cm-1 line of CO molecule
the detection limit is as low as 4 × 10-7
Summary
量不同,本文采用免标定、高信噪比的 WM-DAS 方法,结合 Herriott 多通池实现 了大气中痕量 CO 浓度连续在线监测。首先,采用该方法在常温低压及光程 0.5 m 条件下,连续静态测量 CO 分子 4300.7 cm-1 谱线的吸收率函数,得到最小可探测 吸收率~4×10-7,验证该方法的高信噪比;然后,采用 WM-DAS 方法结合 120 m 的 Herriott 池,对室温常压下 4300.7 cm-1 谱线吸收率函数进行静态测量,并对不 同浓度 CO 进行动态测量,与高精度的 CRDS 测量结果进行对比。最后,利用长 光程 WM-DAS 测量系统连续监测大气 CO 约一个月时间,并与中国环境监测总 站测量结果进行比较分析。. 摘 要 波长调制-直接吸收光谱(WM-DAS)同时具有直接吸收光谱(DAS) 可测量吸收率函数和波长调制光谱(WMS)高信噪比的优点,本文首先 采用 WM-DAS 光谱,在 50 cm 光程和室温低压下,CO 分子近红外 4300.7 cm-1 谱线吸收率检测限低至 4×10-7(200 s);然后结合 120 m 长光程 Herriott 池,在室温大气压下,吸收率函数拟合残差标准差达到 5.1×10-5 (1 s)。最后利用长光程 WM-DAS 测量系统,对不同浓度(0.44~9.6 ppm) CO 进行了动态测量,并将其与腔衰荡光谱(CRDS)进行比较;实验结 果表明:本文采用的长光程 WM-DAS 与 CRDS 方法测量结果相同,其中 长光程 WM-DAS 系统 CO 浓度检测限低至 0.9 ppb(200 s),系统简单且 测量速度远快于 CRDS。与此同时,利用建立的长光程 WM-DAS 测量系 统连续监测 1 个月时间内大气痕量 CO 浓度及其变化趋势,其测量结果 与中国环境监测总站高度一致。 基金: 国家重点研发项目(批准号:2019YFB2006002)和国家自然科学基金(批准号: 11972213, 51906120)资助的课题 † 通讯作者.E-mail: apspect@tsinghua.edu.cn 傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR)常利用 CO 分子 2150-2320 cm-1 特征吸收光谱 并结合多次反射池,检测限低至~0.2 ppb[4]。
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