半導(dǎo)體激光光譜吸收技術(shù)(diodelaser absorptionspectroscopy,DLAS)*早于20世紀(jì)70年代提出。初期的DLAS技術(shù)只是一種實(shí)驗(yàn)室研究用技術(shù),隨著半導(dǎo)體激光技術(shù)在20世紀(jì)80年代的迅速發(fā)展,DLAS技術(shù)開始被推廣應(yīng)用于大氣研究、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷和航空航天等領(lǐng)域。特別是20世紀(jì)90年代以來,基于DLAS技術(shù)的現(xiàn)場在線分析儀表已逐漸發(fā)展成為熟,與非色散紅外、電化學(xué)、色譜等傳統(tǒng)工業(yè)過程分析儀表相比,具有可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場原位測量、無需采樣和預(yù)處理系統(tǒng)、測量準(zhǔn)確、響應(yīng)迅速、維護(hù)工作量小等顯著優(yōu)勢,在工業(yè)過程分析和污染源監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。
1.朗伯-比爾定律
DLAS技術(shù)本質(zhì)上是一種光譜吸收技術(shù),通過分析激光被氣體的選擇性吸收來獲得氣體的濃度。它與傳統(tǒng)紅外光譜吸收技術(shù)的不同之處在于,半導(dǎo)體激光光譜寬度遠(yuǎn)小于氣體吸收譜線的展寬。因此,DLAS技術(shù)是一種高分辨率的光譜吸收技術(shù),半導(dǎo)體激光穿過被測氣體的光強(qiáng)衰減可用朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律表述
式中,IV,0 和IV分別表示頻率V的激光入射時(shí)和經(jīng)過壓力P,濃度X和光程L的氣體后的光強(qiáng);S(T)表示氣體吸收譜線的強(qiáng)度;線性函數(shù)g(v-v0)表征該吸收譜線的形狀。通常情況下氣體的吸收較小,可用式(4-2)來近似表達(dá)氣體的吸收。這些關(guān)系式表明氣體濃度越高,對光的衰減也越大。因此,可通過測量氣體對激光的衰減來測量氣體的濃度。