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激光吸收光谱技术(LAS)与气体检测

已有 268 次阅读 2025-5-7 15:55 |系统分类:科研笔记

激光吸收光谱技术(LAS)通过测量气体对特定激光波长的吸收,检测多种气体,检测范围和激光波长因气体种类而异,主要特点如下:

  • 甲烷(CH4)检测限低至0.169 ppm,动态范围可覆盖0–100%体积分数。常用激光波长位于中红外区,具体波长依激光器设计而定1

  • 一氧化碳(CO)典型吸收波长为4.6 μm(4.625 μm附近),该波长吸收系数高,灵敏度强。利用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术,检测限可达数十到数百ppb,若配合50米多通光程吸收池,检测限可低至约240 ppb4

  • 氢气(H2)采用分布反馈激光二极管(DFB-LD)在2121.8 nm(近红外)波长检测,结合波长调制光谱法,最低检测阈值可达约55 ppm(0.0055%)6

  • 多组分气体检测传统单模激光调谐范围有限(几cm⁻¹),通常一次检测1-3种低分子量气体。新型宽带激光源如外腔量子级联激光(EC-QCL)和中红外频率梳,调谐范围可达400 cm⁻¹以上,覆盖1100–2500 cm⁻¹区域,实现多组分同时检测3

  • 激光波长范围LAS使用的激光波长覆盖从可见光到中红外(约0.4 μm至10 μm),根据气体的特征吸收峰选择合适波长。中红外区(3–12 μm)是多数气体分子振动吸收的强区,灵敏度最高25

总结表:

气体检测限激光波长范围备注
甲烷 (CH4)~0.17 ppm中红外,具体波长依激光器动态范围广,适合浓度测量
一氧化碳 (CO)约240 ppb~4.6 μm(中红外)多通光程池提升灵敏度
氢气 (H2)~55 ppm (0.0055%)2.1 μm(近红外)波长调制技术降低噪声
多组分气体多至1-3种同时检测1100–2500 cm⁻¹(EC-QCL)宽带激光源实现多组分同时分析

激光吸收光谱技术依赖激光器的波长可调范围和光谱分辨率,结合高灵敏度检测器和多通光程吸收池,能实现从ppb到百分比级别的气体浓度检测2345

Citations:
  1. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925400525004745

  2. https://www.rp-photonics.com/laser_absorption_spectroscopy.html

  3. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7660589/

  4. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9565007/

  5. https://www.trace-gas.com/technology-las-pas-cld-ndir/laser-absorption-spectroscopy/

  6. https://theanalyticalscientist.com/techniques-tools/hydrogen-boon

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