中国激光, 2018, 45 (9): 0911001, 网络出版: 2018-09-08   

可调谐二极管激光吸收光谱技术的应用研究进展 下载: 3721次特邀综述

Research Progress on the Application of Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy
作者单位
1 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
图 & 表

图 1. 根据HITRAN数据库模拟部分气体的吸收线

Fig. 1. Absorption spectra of several gas molecules, data from spectroscopic database HITRAN

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图 2. (a)基于波长调制光谱技术进行大气气体探测的装置图及(b) NO2, (c) NH3和(d) NO在线测量的结果[115]

Fig. 2. (a) Device diagram for atmospheric gas sensing based on wavelength modulation spectroscopy technique and the results of continuous online monitoring of (b) NO2, (c) NH3 and (d) NO[115]

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图 3. (a)TDLAS技术与光闪烁互相关技术结合测量工业总排放装置示意图及(b)氧气浓度及(c)流速测量的结果[141]

Fig. 3. (a) Schematic diagram of the online total emission measurement experimental setup and the continuous measurement results of (b) oxygen concentration and (c) oxygen flow rate[141]

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图 4. (a) TDLAS技术病人呼吸气测量原理图及(b) 15NO,14NO测量结果[152]

Fig. 4. (a) Schematic configuration of a TDLAS system and (b) measurement of 15NO and 14NO concentration[152]

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图 5. (a)离轴积分腔输出光谱分析仪实验装置图及(b)甲烷稳定同位素测量的结果[159]

Fig. 5. (a) Schematic of instrument layout and methane carbon stable isotopic composition (δ13CCH4) measured via the in situ ICOS analyzer and (b) a conventional isotope ratio mass spectrometry (IRMS)[159]

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图 6. (a)高超声速燃烧加热风洞来流测量装置[180]及(b)~(d)测量结果

Fig. 6. (a) Measuring device and (b)-(d) results of hypersonic combustion heating wind tunnel[180]

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图 7. 重建结果。(a)温度二维分布结果;(b)水汽浓度(体积分数)分布的结果[181]

Fig. 7. Reconstructed distribution results. (a) Temperature; (b) water vapour concentration (volume fraction) [181]

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图 8. 普通液态水(实线,H区域)和重水(虚线,D区域) 在三个不同温度下的吸收光谱[190]

Fig. 8. Absorption spectra of ordinary water (full lines, H area) and heavy water (dotted line, D area) at three selected temperatures[190]

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图 9. (a) TDLAS液态水挥发过程温度及膜厚度测量装置及(b)结果[186]

Fig. 9. (a) Experimental setup and time-resolved measurement of film thickness and (b) temperature during film evaporation by TDLAS[186]

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表 1TDLAS 技术的典型浓度检测限[88]

Table1. Typical concentration detection limits in TDLAS technology[88]

MoleculeNIRMIRMoleculeNIRMIR
Wavelength /nmTypicaldetectionlimits /10-6Wavelength /nmTypicaldetectionlimits /10-9Wavelength /nmTypicaldetectionlimits /10-6Wavelength /nmTypicaldetectionlimits /10-9
H2O13900.0659402SO2--728014
CO21960342300.13CH416500.632601.7
CO15703046000.75C2H215200.0874003.5
23300.548720.005HF13100.01--
NO18006052505.8HCl17900.1534000.83
2650153310.14HBr19600.638207.2
NO26800.3461403HI15402.143911.6
N2O2260144700.44HCN15400.29691012
H2S15702073280.008H2CO19305035508.4
O3--950011PH321501101006.2
NH315000.8103000.8O276078--

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表 2生理症状与对应的气体分子标志物及TDLAS激光测量典型波长

Table2. Physiological symptoms corresponding to their breath biomarker and typical laser wavelengths for TDLAS

Physiological symptomBreathbiomarkerTypical laserwavelength /μmDetectionlimit /10-9Normalconcentration /10-9
Asthma, hypertension, rhinitis,various air way inflammationsNitrogenmonoxide (NO)5.262adult<50children<35
Cystic fibrosis, liver failure, acuteRejection of transplanted lungsCarbonylsulfide (OCS)3.3-5.50.53-30
vitamin E deficiency, chronicRespiratory diseases, cells oxidativestress, sclerodermaEthane (C2H6)2.6-4.00.1~0.12
Helicobacter Pyroli,oral cavity diseaseAmmonia (NH3)10-111250-2900
Hyperbilirubina, oxidative stress,respiratory infections, asthmaCarbonmonoxide (CO)4.6-510<10000 (forsmokers: <20000)
Colonic fermentation,intestinal problemsMethane (CH4)3.3-3.55003000-10000

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聂伟, 阚瑞峰, 杨晨光, 陈兵, 许振宇, 刘文清. 可调谐二极管激光吸收光谱技术的应用研究进展[J]. 中国激光, 2018, 45(9): 0911001. Nie Wei, Kan Ruifeng, Yang Chenguang, Chen Bing, Xu Zhenyu, Liu Wenqing. Research Progress on the Application of Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy[J]. Chinese Journal of Lasers, 2018, 45(9): 0911001.

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