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(6)

3.2 OF-CEAS

    最后，通过甲烷高敏感性检测，来论证验证OF-CEAS模块性能。图10中，在波数为1353cm-1时甲烷典型的腔发射光谱，平均超过1000次样品扫描（样品：在300 hPa压力下，300 ppb甲烷在氮气中，N2作为缓冲气体），展现在[22]。大约45ms，cw-QCL锁到大约100个连续的腔模，锁定时间大约430μs，这时间比腔室衰荡时间（典型处在10μs以下）更长。单模之间的时间在220μs内，也参看图10右面。

图10：左图a：混合气体（300ppb甲烷在氮气中，氮气作为缓冲气体，波数为1353cm-1，
总压为300hPa）腔发射，而激光以低波数扫描。这种发射光谱是1000次扫描的平均。
右图b：一个大约45ms的模式放大。模锁定时间是∼430 µs，模之间的时间是∼220 μs。
两图中。上面的轨迹是一个标准具轨迹，显示平截面，
当锁定到模发生时（为了清晰而移动到上面）[22]。

 

    对于有效反射镜反射性测定，用氮气稀释的500ppb甲烷样品的吸收，在不同总压下测量。按上面描述的方法，发现一个值0.9997为偶模，0.99971为奇模。结果平均值0.99971与一个光腔精细度0.5416和一个有效路径长度2760m [22]对应。图11，显示对甲烷样品（300ppb浓度甲烷稀释在氮气中，氮气作为缓冲气体，总压为300 hPa，平均超过1000次扫描）测量的吸收系数光谱一个累积拟合，连同残留的拟合吸收曲线。

图11：上图：吸收系数光谱由甲烷样品（ 300 ppb浓度甲烷稀释在氮气中，氮气作为缓冲气体，
总压为 300 hPa）的两个奇偶模，和一个就4次甲烷发射而来的复合拟合组成。
甲烷发射助于观察吸收特征。下图：拟合的吸收曲线残留；
这种拟合残留的标准偏差是αmin = 3.35 × 10-8cm-1 [22]。

 

 

     OF-CEAS装置的敏感性和时间稳定性，按节2.3中的方法，来表征。因为正弦状构造所致的畸变基线(可见于图11)，测量一个背景光谱，为相同数目的扫描储存起来，并用于按[22]方程式2计算α。这样的正弦状构造基线经常在CEAS和CRDS中观察到，当装置中有寄生反射的光谱干扰不能最小化时，如，[45,46]。在图12中，αmin的平均值标绘出，与收集时间τ 对应，而它的标准偏差充当这个值的不确定因素。αmin 的最低值是(5.3 ± 0.1) × 10-10cm-1，得自50秒内记录的1000个平均值。这与大气中甲烷最小检测浓度39ppt，相对应[22]。

图12 ：最小检测敏感性的Allan-Werle偏差描绘，比较每一个模式腔发射和一个存储背景，
衍生αmin，作为收集时间τ的一个函数。腔填满纯氮气（压力：300hPa）。
αmin最小值与大气压下39ppt的LOD相对应（改编自[22])。