Объяснение ДОАС

DOAS обозначает дифференциальную оптическую абсорбционную спектроскопию. Метод DOAS был задуман почти столетие назад, и на уровне исследований он применялся для мониторинга качества воздуха уже в 1970-х годах. В середине 1980-х годов технология была коммерциализирована и получила практическое и широкое распространение.

Сама аббревиатура DOAS раскрывает довольно много о чем она. «Спектроскопия» – это исследование взаимодействия между веществом и светом, и это действительно то, что происходит. Газообразные молекулы загрязнителей воздуха (вещества) взаимодействуют с определенными длинами волн света, который проходит через газ. «Абсорбция» определяет используемый оптический эффект: некоторые длины волн поглощаются молекулами. «Оптический» указывает, какие длины волн используются. Технология работает в оптическом диапазоне длин волн, охватывающем инфракрасный (ИК), видимый и ультрафиолетовый (УФ) свет, где обнаруживаются определенные диапазоны (или «окна») длин волн (то есть спектров). Наконец, «дифференциал» – это математический метод, применяемый к обнаруженным спектрам, позволяющий рассчитывать концентрации газа.

Каждый тип газообразных частиц, таких как молекулы NO2 или SO2, имеет свой специфический спектр поглощения. Это можно считать отпечатком молекулы этого типа. Некоторые «отпечатки пальцев» перекрываются, но, зная, где искать, все еще можно найти достаточно четкие и достаточно изолированные отпечатки пальцев большого количества газообразных видов, которые представляют интерес для мониторинга качества атмосферного воздуха и постоянного мониторинга выбросов.

В качестве источника света используется ксеноновая лампа. Он излучает белый свет, эффективно представляя каждую длину волны от УФ до ИК. Когда свет проходит в воздухе, молекулы разных типов поглощают волны различной длины на определенных рисунках поглощения (отпечатках пальцев) этих молекул. Чем больше молекул определенного типа, тем больше поглощение в этом конкретном паттерне. Частично поглощенный свет затем захватывается и направляется на спектрометр (или в некоторых анализаторах моделирует интерферометр), то есть устройство, способное разделять различные длины волн света. Интересующее окно длины волны выбирается, и спектр измерений может быть записан.

Остальное математика. Сначала спектр измерения делится на ранее сохраненный «эталон», содержащий фиксированный спектр излучения ксеноновой лампы. Затем применяется дальнейшая обработка путем деления на многочлен, чтобы удалить любое остаточное и нежелательное широкополосное поглощение, не происходящее из представляющих интерес газообразных частиц. Это возможно благодаря природе молекулярного поглощения, которая показывает довольно резкие «линии поглощения». Результатом является дифференциальный спектр, то есть «D» в DOAS.

Затем дифференциальный спектр математически сравнивают с одним или несколькими предварительно зарегистрированными дифференциальными спектрами поглощения известных газов известных концентраций. Комбинация, приводящая к наилучшему соответствию только что записанному дифференциальному спектру, дает фактическую среднюю концентрацию газа вдоль светового пути. Сокращение числа также приводит к оценке ошибки в расчетах: если на пути мониторинга появится неожиданный и спектрально мешающий газ, качество, указывающее число «отклонения», увеличивается, что указывает на повышенную неопределенность в сообщаемом результате.

Автор:
Bengt Löfstedt,
Operative Support,
OPSIS AB