RES-Q-Trace：用于多组份痕量气体中红外检测，基于移动CEAS的演示仪(5)

3.结果

    对 RES-Q-Trace仪器性能验证，在ppb和 ppt浓度范围监测5种不同的分子物种，NO, N2O, CH4, C2H4和 C3H6O。表2中，研究的痕量气体，痕量气体在医学呼吸分析和易爆物质检测中起作用，提供这些气体光谱位置，运用CEAS方法、激光类型、最小检测吸收系统 αmin和大气压力下检测限。后者衍生自关联αmin =σpeak•nmin ，σpeak 是峰值吸收截面，从线强度和相应压力宽度系统来计算出，线强度和相应压力宽度系统在[41]中给出。

    随后，N2O, CH4 和  C3H6O 的检测，突出地细节描述，作为每一个CEAS方法运用在RES-Q-Trace系统的代表。对OA-CEAS，将讨论两例子，关于用一个单一光谱分辨线曲线测量吸收气体,和一个宽带吸收器，宽带吸收器导致光谱未分解的的拥挤光谱的。

3.1. OA-CEAS

3.1.1光谱分解的单吸收线曲线

    图6显示单一的N2O以2205.65 cm-1波数发射的OA-CEAS光谱，200 ppb N2O稀释在N2中, 在压力25 hPa下测量。光谱结果来自200 Hz的 QCL调谐率105平均值。通过测量范围为10–200 hPa总压力下的综合OA-CEAS信号∫dν(I0 − I)/I ，来确定反射镜的有效反射性R，绘制R为已经知N2O浓度的函数。从线性拟合斜坡来看，R值，使用方程1可得到。依这些测量，可以确定有效的反射镜反射性为0.99972 ± 0.00003，这相当于腔室的巧妙处理，有效路径长度为1143 ± 122m。

图6 OA-CEAS光谱：在200 Hz调谐频率的100，000次平均后，200 ppb N₂O稀释在25 hPa压力下N₂中

 

    LOD的分析结果描述在节2.3中，显示在图7中。因记录在500秒内100，000次平均值，获得最佳值αmin = 2.8 × 10-8 cm-1 。涉及大气压，这个值与大约0.3ppb的LOD相对应。

图7: N2O最小检测敏感性αmin的Allen-Werle偏差图,依赖于获取时间。τ为 500 s,
αmin 等于2.8 × 10-8cm-1  ,与一个LOD（p = 1013 hPa，7ppb Hz-1/2）相对应。
 

3.1.2 光谱未解的拥挤吸收光谱

     使用丙酮作为RES-Q-Trace系统OA-CEAS模块吸收物，论证复合拥挤吸收光谱代表的检测高分子物质的能力。图8中，1 ppm·m-1丙酮的一个复合FTIR光谱，出现在[42]中，丙酮样品来自太平洋西北国家实验室（美国）(PNNL) IR 数据库，光谱范围1160-1260 cm-1。图中插入部分的阴影线面积，显示1228.335–1228.508cm-1光谱区，通过带有cw-QCL的OA-CEAS来监测丙酮。从PNNL数据中，一个有效的σ=4.7×10-20cm2的吸收截面，可为这个光谱区衍生出来。

图8: 处于1220cm-1 的 1ppm•m-1丙酮的拥挤的FTIR光谱[42]。插入部分：光谱区，
通过带有cw-QCL的OA-CEAS，来做丙酮传感；有效吸收截面：σ=4.7×10-20cm2
 

    使用一个5ppm丙酮稀释在氮气的混和物，并在不同总压下，测量吸收，来确定腔室内反射镜的反射性。按照方程（1），从线性线性回归，发现平均有效反射性为0.99938 ± 0.00001，造成一个5066的巧妙处理和一个腔内大约518m有效路径长度。借助于甲烷在1228.793 cm-1的发射分析（测量条件：在环境空气中甲烷样品，压力范围与丙酮的相同）；可确认这些结果的可靠性，如果在Greifswald空气中的甲烷浓度是1.8 ppm [17]。

    在不同总压下和一个1000 Hz的cw-QCL的调谐频率，测量得到混合物（波数为1228.4cm-1 时5 ppm 丙酮稀释在 N2）的结果吸收系数，显示在图9中。发现最小的检测吸收系统，是αmin = 3 × 10-8cm-1。这个值与大气压下10 pbb Hz-1/2的LOD相对应。

图9:混合物（波数为1228.4cm-1 时5 ppm 丙酮稀释在N2）吸收系数，在不同总压（50 to 500 hPa）下，
最小检测吸收：αmin = 3 × 10-8cm-1，在1013.25 hPa压力下，LOD为10 ppb• Hz-1/2。