《吸收光谱技术》PPT课件

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1、第五章激光吸收光谱技术第一节基本吸收光谱技术一、Lambert-Beer定律当一束强度为I0的光穿过充满气体的吸收池后，其强度会因分子吸收而衰减。入射光在穿过厚度为dl的分子层时其强度的衰减量dI与传输到这里的光强I成正比：积分形式为Lambert-Beer定律光强度的吸收与样品长度有关吸收系数的测量吸收系数是一个重要的测量参数。可由吸收光程x和透过样品的光强来计算：对一般气体样品，吸收系数比较小，在吸收程x不是太大时有线性吸收也可通过爱因斯坦的光和物质相互作用理论求得比较可得考虑围绕中心频率存在线型分布光谱测量中常用到分子的吸收截面表示分子在波长λ处的

2、光学吸收截面，单位为：。C为分子数密度，单位为:cm-3二、简单吸收光谱的缺点的量级：强吸收，例：L=10cm，N1=1014/cm3,基本为透明。不利于高灵敏度的检测。增加吸收光程一、长程吸收光谱第二节高灵敏度吸收光谱技术用多次来回反射的样品池来增加吸收光程平衡器的输出信号当调谐激光频率时，干涉仪将透射出一系列极大值。两极大值之间的间距由干涉仪的自由光谱区将干涉仪透射极大值同时记录到光谱图上，可对光谱的波长定标。二.频率调制光谱技术通过检测透过吸收池的透射光强来获得吸收谱，缺点是：易受背景噪声干扰背景噪声：a、吸收池窗的吸收；b、激光强度的起伏；c、吸

3、收池内被测分子的密度起伏背景噪声的频谱一般在低频段，采用对激光频率进行高频调制的方法可以在一定程度上抑制低频背景噪声。以频率调制为基础的可调谐半导体激光吸收光谱学（TDLAS）迅速发展，与长程吸收池相结合，成为一种重要的痕量气体检测方法。波长调制光谱：是调制幅度大（接近被测谱线的线宽），而调制频率较低（数kHz到数十kHz）调制技术；频率调制光谱：是调制幅度较小但调制频率很高（数百MHz，与被测谱线的线宽相当）的调制技术不同激光器的频率调制方法不同，例如对半导体二极管激光器，可对直流电流进行调制；染料激光器可以通过改变谐振腔长度或标准具进行调制。设一束频

4、率为的单频激光在间隔内周期地扫描，调制器频率为Ω，当激光被样品吸收时，由于频率扫描，透射的光强将随调制频率而发生变化。调制后透射光强在调制频率Ω上进行相敏检测，光强比例于吸收谱的一阶导数。采用频率调制方法得到谱线形状是原吸收线的微分。用锁相放大技术检测。NO分子在3724区的高频调制微分谱三、腔内吸收光谱技术腔内吸收光谱技术是将样品池放入激光谐振腔的一种光谱技术，腔内的光束既是激光器振荡谱线，又是样品分子的激发光束。这种方法将可获得比传统吸收光谱检测高得多的灵敏度。样品分子未吸收时的激光输出光强为探测器输出的基线，当激光波长扫描到样品分子的某个吸收峰上时

5、，激光器的输出光强将急剧下降腔内吸收光谱技术的灵敏度分析√光要在腔内多次来回传播，类似于外腔长程吸收池，光束将会多次通过样品池√阈值效应引起的灵敏度增强：√模式竞争效应模式竞争的结果吸收线中心的吸收强度大大增加当腔内未放样品时，光在腔内往返一次后光强放置样品后，光在腔内往返一次后光强反射镜和样品吸收引起的腔损耗光在腔内往返n次时，腔内未放置样品与放置样品时激光输出光强的比值为T:光通过样品的透射率四、外腔吸收光谱技术利用被动谐振腔的谐振特性实现高灵敏度的光谱检测.1、光腔中的光强腔振铃吸收光谱(CRAS-CavityRing-downAbsorption

6、Spectroscopy)技术腔增强吸收光谱(CEAS-CavityEnhancedAbsorptionSpectroscopy)技术两块高反射率的共焦腔镜构成一个光学谐振腔n次反射振荡后的光强吸收系数从光在光腔内衰荡的时间考虑：光脉冲在腔内振荡一个来回的时间为n次反射振荡时间为t，则光在光腔内的衰减寿命：腔内没有样品，即没有介质吸收，则腔镜高反射率：分别测量出有和没有吸收介质时的光子寿命就可以直接得到绝对吸收系数检测灵敏度可探测到的光强最小变化单程吸收后光强变化衰荡光谱检测灵敏度好于特点√测量结果不受光源的强度变化影响√直接给出精确的绝对吸收强度光谱，

7、若知道样品的绝对浓度就可以直接测量样品的吸收截面√样品的等效吸收长度特别长大大提高了测量灵敏度√实验装置相对较简单，比较容易调节2、腔振铃吸收光谱(CRAS-CavityRing-downAbsorptionSpectroscopy)技术亦称：腔内衰荡光谱技术。测量衰减速率对激光波长的关系曲线来获得体系的吸收光谱光谱染料激光束经小孔与1：1望远镜空间滤波毛玻璃用于抑制横模的拍频振荡激光汽化与反应生成金属化合物的CRAS光谱测量装置连续波外腔二极管激光作为光源的CRAS光谱测量装置单频cw激光为光源，在对振铃腔输入光束的同时，采用压电调制的方法对腔长进行长

8、度调制，使振铃腔的某个腔模与单频cw激光谱线产生共振，入射光得以进入腔内。当在该