光腔衰荡光谱（CRDS）技术小科普 ——常见问题及解答

多数老师对于Picarro的光腔衰荡光谱（CRDS）技术都有所了解，但对比于其他测量技术，CRDS技术有什么特别之处你们都清楚吗？看看能不能回答出以下问题？

CRDS做温室气体测量和气体稳定同位素测量的区别是什么？

CRDS与ICOS相比如何？

CRDS与FTIR，NDIR和TDLAS相比如何？

CRDS如何选择测量特定气体的波长？

CRDS可以同时检测多少种气体？

CRDS仪器是否可以在野外现场重新配置以获得不同的目标气体的结果？

CRDS能测量液体样品吗？

CRDS真的不需要校准吗？

针对以上问题，如果有疑问请继续往下看，寻找对应的答案：

1. CRDS技术做温室气体测量和气体稳定同位素测量的区别是什么？

　　从根本上说，这两种应用都用于测量各种物质浓度的微小变化，因此需要非常高的精度、准确度以及出色的稳定性。所有Picarro分析仪都具有如下特点：

（1）高度稳定的温度控制——低至 20 毫摄氏度（室温的 0.005％）- 样品、测量腔和周围电子设备，即使在环境温度变化时也能确保数据的可靠性。

（2）高度稳定的样品压强控制——低至 0.024 托（大气压的 0.0003％) - 即使环境压强发生变化，也能确保数据的可信度。

（3）获得专利的波长监视器，可提供高精度的激光波长测量和控制——低至 2MHz（中心波长的0.000001％ - 用于精确检测目标光谱特征。即使随着时间和环境条件变化，这种前所未有的稳定性也能提供无与伦比的精度和准确度。

2. CRDS与ICOS相比如何？

　　CRDS是一种完全基于时间的测量技术，而ICOS本质上是一种基于吸收（基于强度的）测量技术。为了确定吸收光程长度，ICOS必须在每次光谱吸收扫描结束时使用基于时间的衰减测量，这是CRDS中不需要的额外步骤。像ICOS这样的基于吸收强度的测量往往受到激光噪声和漂移的限制。相比之下，基于时间的CRDS测量实际上是在激光光源关闭时进行的，因此不会受到任何激光噪声或漂移的影响。Picarro CRDS 技术独有的另一个优势是使用超精密（~2MHz）波长监视器，能够将激光主动定位至特定已知波长。相比之下，ICOS 没有采用这种方法，事实上，它使用激光电流来调制激光的波长，这本身就是非线性的。这些非线性条件直接转换为吸收光谱测量，并可能导致浓度计算误差。

3. CRDS与FTIR，NDIR和TDLAS相比如何？

　　CRDS与这些其它技术的不同之处在于它使用基于时间的测量来研究气体的吸收光谱，而不是传统的基于强度的吸收方法。该方法的优点在于它不受激光噪声影响。由于诸如FT-IR 和NDIR等基于吸光度的仪器测量的是入射光的吸收比率，因此灵敏度受到来自光源、反射器和检测器的噪声的限制。CRDS的有效吸收光程也明显长于其它技术，因此灵敏度和精度更高，检测限更低。测量气室的“光程长度”是所有这些技术灵敏度的主要理论决定因素。

　　CRDS使用相干激光光源，而FTIR和NDIR仪器使用非相干光源产生光子。非相干光的特性限制了这些仪器的光程长度，从而限制了灵敏度。尽管TDLAS使用相干光源，但由于使用谐振光学腔而不是多光路吸收气室，CRDS实现了比TDLAS明显更长的光学路径长度。通常，诸如Herriott式气室的多光路吸收气室受到反射镜制造工艺和聚焦对准等实际问题的限制，这些问题不能使它们获得与CRDS一样的光程路径长度并因此限制了灵敏度/精度。

　　另外，CRDS技术能够获得相对窄的光谱，因为目前可用的二极管激光器调谐范围窄。

4. CRDS如何选择测量特定气体的波长？

　　我们致力于是生产稳定、可靠的仪器，可以轻松操作和维护。由于激光发射器是关键部件，我们选择独特的特征光谱，使我们能够使用在电信行业中具有多年可靠性和设计验证的特殊NIR DFB激光器。这些激光器的寿命超过20年。因为有一系列NIR DFB激光器可供选择，我们通过在每个气相分子的几条可用光谱线中进行选择来优化光谱。谱线的选择基于其强度并且不受待分析样品中其它分子的干扰。

5. CRDS可以同时检测多少种气体？

　　这个取决于目标气体、背景气体和性能要求。如果在我们的激光调谐范围内存在多个目标的吸收峰，我们的分析算法可以适用于每个目标峰的测量。我们的典型用户通常更喜欢以高的精度和灵敏度测量少量目标气体。

6. CRDS仪器是否可以在野外现场重新配置以获得不同的目标气体的结果？

　　测量不同的气体通常涉及切换激光和波长监视器。这些部件目前还不能现场更换。

7. CRDS能测量液体样品吗？

　　是的，我们可以测量液态水（以及水汽）的同位素以及配置前端可以处理碳同位素样品的液体样品提取测量，保证研究的不同测量需求。

8. CRDS真的不需要校准吗？

　　与某些说法相反，CRDS确实需要某种类型的校准。然而，与其它光学技术相比，这些通常非常简单......

　　必须测量并校准每种目标气体的摩尔吸光系数或消光系数。这是Picarro在开发每种仪器的光谱学特征期间完成的，而且这些都是在工厂编程的光谱拟合算法中考虑的因素，无需客户校准或调整。

　　背景浓度和操作环境压强的较大变化可导致压强展宽效应，此时必须进行校准。通过校准，我们的光谱学程序可以校准这些压强展宽效应的影响。这些都是在工厂编程的光谱拟合算法中考虑的因素，无需客户校准或调整。

根据应用类型，可能需要定期测量已知标准样品以进行验证。

关于CRDS技术，如有其他问题，欢迎与我们联系讨论。