常見(jiàn)的溫室氣體光譜學(xué)檢測(cè)技術(shù)主要包括非分散紅外光譜技術(shù)(NDIR)、傅立葉變換光譜技術(shù)(FTIR)、差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)(DOAS)、差分吸收激光雷達(dá)技術(shù)(DIAL)、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)、離軸積分腔輸出光譜技術(shù)(OA-ICOS)、光腔衰蕩光譜技術(shù)(CRDS)、激光外差光譜技術(shù)(LHS)、空間外差光譜技術(shù)(SHS)等。其中,NDIR技術(shù)利用氣體分子對(duì)寬帶紅外光的吸收光譜強(qiáng)度與濃度成正比的關(guān)系,進(jìn)行溫室氣體反演,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),但儀器的光譜分辨率和檢測(cè)靈敏度較低。FTIR技術(shù)通過(guò)測(cè)量紅外光的干涉圖,并對(duì)干涉圖進(jìn)行傅立葉積分變換,從而獲得被測(cè)氣體紅外吸收光譜,能夠?qū)崿F(xiàn)多種組分同時(shí)監(jiān)測(cè),適用于溫室氣體的本底、廓線和時(shí)空變化測(cè)量及其同位素探測(cè),儀器系統(tǒng)較為復(fù)雜,價(jià)格比較昂貴。DOAS也是一種寬帶光譜檢測(cè)技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)多氣體組分探測(cè),儀器光譜分辨率較低,易受水汽和氣溶膠的影響。DIAL技術(shù)是一種利用氣體分子后向散射效應(yīng)對(duì)氣體遙感探測(cè)的光譜技術(shù),具有高精度、遠(yuǎn)距離、高空間分辨等優(yōu)點(diǎn),系統(tǒng)較為復(fù)雜,成本較高。TDLAS技術(shù)利用窄線寬的可調(diào)諧激光光源,完整地掃描到氣體分子的一條或幾條吸收譜線。中紅外QCL-TDLAS激光氣體檢測(cè)技術(shù)有 ppb 級(jí)超高靈敏度、超大檢測(cè)范圍、高選擇性、實(shí)用性強(qiáng),易于維護(hù)等優(yōu)勢(shì)。山東CH4QCL激光器供應(yīng)商
傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器,工作原理都是依靠半導(dǎo)體材料中導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶中的空穴復(fù)合而激發(fā)光子,其激射波長(zhǎng)由半導(dǎo)體材料的禁帶寬度所決定,由于受禁帶寬度的限制,使得半導(dǎo)體激光器難以發(fā)出中遠(yuǎn)紅外以及太赫茲波段的激光。自然界不多的對(duì)應(yīng)能出射中遠(yuǎn)紅外的半導(dǎo)體材料-鉛鹽系材料,其只能在低溫下工作(低于77K),且輸出功率極低,為微瓦級(jí)別。為了使半導(dǎo)體激光器也能激射中遠(yuǎn)紅外以及太赫茲波段的光,科研人員跳出了基于半導(dǎo)體材料p-n結(jié)發(fā)光的理論,提出了量子級(jí)聯(lián)激光器的構(gòu)想。量子級(jí)聯(lián)激光器的工作原理為電子在半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶的子帶間躍遷和聲子共振輔助隧穿從而產(chǎn)生光放大,其出射波長(zhǎng)由導(dǎo)帶的子帶間的能量差所決定,和半導(dǎo)體材料的禁帶寬度無(wú)關(guān),因此可以通過(guò)設(shè)計(jì)量子阱層的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的控制。如圖1.(A)傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器其發(fā)光原理(B)QCL發(fā)光原理。 山東甲烷QCL激光器工廠在大氣污染監(jiān)控中,QCL能夠準(zhǔn)確檢測(cè)大氣中的微量成分,為環(huán)境保護(hù)提供有力支持。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人類(lèi)對(duì)于大自然的干擾和對(duì)環(huán)境的破壞愈發(fā)嚴(yán)重,無(wú)論是酸雨等氣候?yàn)?zāi)害、亦或是全球氣候變暖、還是霧霾現(xiàn)象頻發(fā),都嚴(yán)重的影響著人們的生存環(huán)境。各國(guó)科學(xué)家對(duì)環(huán)境監(jiān)控都十分重視。2008年,正值北京奧運(yùn)會(huì)舉辦之際,美國(guó)普林斯頓科研小組利用量子級(jí)聯(lián)激光器搭建了開(kāi)路式氣體檢測(cè)系統(tǒng),對(duì)北京進(jìn)行了空氣質(zhì)量評(píng)估?!癏IPPO”項(xiàng)目(由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)和美國(guó)國(guó)家海洋和大氣局(NOAA)支持)和“CalNEX”項(xiàng)目(由美國(guó)加州空氣資源局(CARB)和NOAA支持)正在開(kāi)展溫室氣體的相關(guān)研究工作。[2]工業(yè)監(jiān)控在石油化工、金屬冶煉、礦山開(kāi)采等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,通過(guò)檢測(cè)產(chǎn)生的相應(yīng)氣體的濃度可以進(jìn)行進(jìn)程監(jiān)控,也可以監(jiān)控泄露危險(xiǎn)氣體的濃度,以保障生產(chǎn)安全,已有技術(shù)采用μmQCL對(duì)工業(yè)燃燒排氣系統(tǒng)中產(chǎn)生的NO氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),并使用μm的脈沖QCL對(duì)物產(chǎn)生的氣體進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)。醫(yī)學(xué)應(yīng)用有的疾病會(huì)造成人類(lèi)呼出氣體成分的異常升高,通過(guò)對(duì)呼出氣體的種類(lèi)和濃度進(jìn)行準(zhǔn)確的分析,可以對(duì)臨床診斷和提供有價(jià)值的參考,而且不必因?yàn)槭褂肅T等儀器而引入過(guò)多的輻射。例如,患有糖尿病、肝臟和腎臟疾病的患者呼出的氣體中NH3濃度會(huì)出現(xiàn)異常。
紅外激光光譜學(xué)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)以及在許多領(lǐng)域有著潛在的重要應(yīng)用價(jià)值,是近年來(lái)非常熱門(mén)的研究領(lǐng)域之一。主要的應(yīng)用有:(1)高選擇性,高分辨率的光譜技術(shù),由于分子光譜的“指紋”特征,它不受其它氣體的干擾。這一特性與其它方法相比有明顯的優(yōu)勢(shì)。(2)它是一種對(duì)所有在紅外有吸收的活躍分子都有效的通用技術(shù),同樣的儀器可以方便的改成測(cè)量其它組分的儀器,只需要改變激光器和標(biāo)準(zhǔn)氣。由于這個(gè)特點(diǎn),很容易就能將其改成同時(shí)測(cè)量多組分的儀器。(3)它具有速度快,靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。在不失靈敏度的情況下,其時(shí)間分辨率可以在ms量級(jí)。應(yīng)用該技術(shù)的主要領(lǐng)域有:分子光譜研究、工業(yè)過(guò)程監(jiān)測(cè)控制、燃燒過(guò)程診斷分析、發(fā)動(dòng)機(jī)效率和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣測(cè)量、檢測(cè)、大氣中痕量污染氣體監(jiān)測(cè)等。因此,可調(diào)諧紅外激光光譜新方法及其環(huán)境污染時(shí)空分布監(jiān)測(cè)研究對(duì)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展和解決環(huán)境領(lǐng)域中必不可少的監(jiān)測(cè)分析新方法與新技術(shù)有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。應(yīng)用該技術(shù)的主要領(lǐng)域有:1、分子光譜研究:光譜結(jié)構(gòu)、線寬、線強(qiáng)等;2、大氣痕量氣體檢測(cè):CH2O、CH4、CO2、NH3等;3、工業(yè)過(guò)程監(jiān)測(cè)控制:CO、CO2、H2O、NH3等;4、醫(yī)療診斷:NO、CO、CO2、CH4等;5、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣測(cè)量:CO、CO2、NH3、NO等。 甲烷分子的基頻吸收帶位于在3.3μm附近的中紅外區(qū)域。因此用中紅外激光器探測(cè)甲烷氣體非常有益。
在工業(yè)檢測(cè)方面,量子級(jí)聯(lián)激光器以其小型化和集成化的設(shè)計(jì),完美適應(yīng)了現(xiàn)代工業(yè)的需求。它能夠以更低的能耗和更小的體積完成復(fù)雜的檢測(cè)任務(wù)。這對(duì)于降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本,提高生產(chǎn)效率,具有重要的推動(dòng)作用。許多企業(yè)通過(guò)引入量子級(jí)聯(lián)激光器技術(shù),成功減少了設(shè)備占用空間,并提升了生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度。綜合來(lái)看,量子級(jí)聯(lián)激光器憑借其高效、靈活和經(jīng)濟(jì)的特性,正逐步改變各行各業(yè)的技術(shù)格局。無(wú)論是在環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療成像還是工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域,量子級(jí)聯(lián)激光器都為客戶提供了切實(shí)可行的解決方案,幫助企業(yè)提高效率、降低成本,從而在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境中脫穎而出。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,量子級(jí)聯(lián)激光器的未來(lái)將更加光明,值得行業(yè)內(nèi)外的共同關(guān)注。 中紅外QCL用于燃?xì)夤芫W(wǎng)巡檢中,解決巡檢效率低、氣體檢測(cè)準(zhǔn)確度低、受環(huán)境影響大、智能化程度低等問(wèn)題。內(nèi)蒙古一氧化氮QCL激光器型號(hào)
紅外氣體傳感器是通過(guò)測(cè)量被測(cè)氣體在特定的紅外波段吸收了多少光的能量來(lái)計(jì)算濃度的。山東CH4QCL激光器供應(yīng)商
復(fù)雜生態(tài)環(huán)境溫室氣體不同空間、時(shí)間尺度的濃度監(jiān)測(cè)是了解溫室氣體源與匯的基礎(chǔ)。目前適應(yīng)生態(tài)環(huán)境溫室氣體長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)的技術(shù)手段仍有待研究??烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy,TDLAS)是一種非侵入式光譜測(cè)量技術(shù),具有高選擇、高靈敏度、高分辨等特點(diǎn),與目前新興的中紅外量子級(jí)聯(lián)激光器(QuantumCascadeLaser,QCL)相結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)分子"基頻"吸收光譜測(cè)量,進(jìn)一步提高檢測(cè)靈敏度,達(dá)到溫室氣體區(qū)域環(huán)境監(jiān)測(cè)需求。激光氣體分析利用激光光譜技術(shù),通過(guò)氣體對(duì)特定波長(zhǎng)激光的吸收特性來(lái)檢測(cè)氣體濃度。適用于檢測(cè)具有特定吸收特性的氣體,如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣、氧化亞氮和氨氣。憑借其高精度、快速響應(yīng)和非接觸式檢測(cè)的特點(diǎn),激光氣體分析儀在工業(yè)過(guò)程控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全與泄漏檢測(cè)、醫(yī)療與生命科學(xué)以及科研實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 山東CH4QCL激光器供應(yīng)商