中红外光谱技术在环境监测中的应用

环境气体监测在几个领域发挥着关键作用，包括保持高空气质量，检测工业场所泄漏和调节温室气体。

利用日光溶液中的Hedgehog激光进行红外分子光谱分析，可快速进行气体监测，并具有优异的信噪比。

气体的环境监测在许多研究和工业领域都是必不可少的。一个重要的应用是测量大气气体，以调节温室气体的浓度，如二氧化碳（CO_2.)以及甲烷(CH)_4.导致气候变化^1.. 温室气体通常从车辆和工业废气以及畜牧业排放^2,3.

在存在有毒或可燃气体的工业现场，如水力压裂现场、炼油厂、化工厂、废水处理设施和燃气涡轮机，气体监测对于检测泄漏也至关重要。例如，过氧化氢(H_2.O_2.)工业场所定期监测气体，用于医疗器械消毒和纸张漂白^4..

环境气体监测的关键需求可以通过使用中红外（mid-IR）激光器的气体传感方法来满足。虽然使用红外光谱无法看到对称的双原子分子，但许多重要的分子，如CH_4.N_2.O、 CO，CO_2.H_2.O_2.，及_2.O，显示独特的吸收带。

中红外光谱技术的选择性和灵敏度检测

对H_2.O_2.由于水和其他痕量气体可能会影响测量，因此必须对气体进行极为敏感和选择性的监测^4..使用日光解决方案'刺猬(HHOG)的外腔量子级联激光器，Sanchez等实现了对H的无干涉检测_2.O_2.以十亿分之一（ppb）的水平。

选择1234.055 cm的谱线，避免了与其他气体的干扰^－1对于测量，典型干扰气体如CO和H_2.O、 他们的研究揭示了传感器系统对H的线性响应_2.O_2.浓度，使系统成为监测H的理想选择_2.O_2.在医疗应用和工业场所。

用更少的激光功率实现更高的信噪比

HHOG激光器的另一个应用实例是CO的跟踪_2.在红外激光诱导荧光（IR-LIF）装置中^5..

在LIF过程中，分子吸收激光辐射，然后当它从激发态放松到平衡态时释放光子。人们可以使用相机或探测器获得荧光信号，该技术使测量当地的气体条件成为可能。Goldenstein等人使用连续波模式的HHOG量子级联激光器，实现了CO的200倍大的吸光度_2.不对称拉伸振动带（4.3米）比以前使用IR-LIF方法报告的振动带大。

这允许检测限为20 ppm CO_2.在Ar中，他们进一步获得了CO的空间分辨测量_2.浓度、压力和温度。与早期使用高功率脉冲或低功率连续波激光器的研究相比，HHOG激光器实现的信噪比（SNR）在使用约10%的功率时高出50倍^7.比激光功率小10倍。

日光解决方案的刺猬

引用的研究表明，HHOG激光器的优点及其广泛的应用范围适用于多种类型的气体监测。HHOG激光器能够实现的高信噪比是由于前几代日光溶液激光器的可靠性能与其他改进相结合。与前几代g新一代日光解决方案激光器，HHOG实现：

• 高质量的光输出（例如，近光束指向、高功率稳定性、窄线宽选项、近衍射限制的光束质量），可在所有光谱应用中实现高信噪比
• 卓越的连续波或脉冲输出
• 调谐范围选择3-13米作为无与伦比的库的量子级联激光芯片的结果

HHOG（最新一代日光解决方案激光器）的其他改进包括调谐速度提高30倍和光谱重复性提高10倍。前者可以实现更快的数据采集，这对于商业应用至关重要，并且可以用于学术研究。

此外，更高的调谐速度允许在固定的数据采集时间帧内实现更好的信号平均，从而提高信噪比。增强的光谱重复性表示波长和激光输出光谱内容的较低可变性，也有助于光谱应用中的较高信噪比。

综上所述，对于中红外光谱环境监测的应用，HHOG激光具有快速、高信噪比的特点。

参考文献和进一步阅读

1. J.Mulrooney等人[2007]使用中红外光纤传感器检测柴油发动机的二氧化碳排放，传感器驱动装置。A-Phys.，136:104–110。
2. M.Meinshausen等人[2011]RCP温室气体浓度及其从1765年到2300年的扩展，《气候变化》，109:213。
3. 联合国粮食及农业组织[2010]《来自乳品行业的温室气体排放》，罗马，意大利。
4. N.P.Sanchez等人[2016]基于中红外激光的过氧化氢检测传感器，SPIE，doi:10.1117/2.1201601.006295。
5. C. S. Goldenstein et al. [2015] Infrared planar laser induced fluorescence with a CW quantum cascade laser for spatial - resolved CO ._2.和气体性质，应用。理论物理。B, 120:185 - 199。

本信息来源、审查和改编自Daylight Solutions Inc.提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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