En gemensam grund
DOAS är en förkortning av differentiell optisk absorptionsspektroskopi. Det är grundprincipen för mätning av gaskoncentrationer i de flesta typerna av OPSIS gasanalysatorer. Principen bygger på Beer-Lamberts absorptionslag. Denna lag anger förhållandet mellan mängden absorberat ljus och antalet molekyler som ljuset passerar.
Vad är DOAS?
Orden i ”differentiell optisk absorptionsspektroskopi” (DOAS) ger en god vägledning till vad det handlar om. ”Spektroskopi” innebär experimentella studier hur ljus beter sig. ”Absorption” antyder att vi tittar på hur vissa ljusvåglängder dämpas. ”Optisk” anger att studierna är begränsade till de optiska våglängderna, från ultraviolett via synligt till infrarött ljus. ”Differentiell” anger den matematiska behandlingen av de uppmätta absorptionsspektrumen.
För DOAS behövs en bredbandig ljuskälla, OPSIS-instrumenten utnyttjar en xenonlampa. Ljuset bildar en smal och skarp stråle som skickas genom det område där gasen vars koncentration skall mätas finns. Strålen kallas även för ”mätsträckan”. I våra ögon ser ljusstrålen ut att vara vit, men den innehåller också osynliga infraröda och ultravioletta våglängder.
Molekyler absorberar ljus
Varje typ av gasformig molekyl (och i något fall även atom) har oftast en karakteristisk förmåga att absorbera ljus vid vissa våglängder. Det är ett slags fingeravtryck som är unikt för molekyltypen. En liten del av ljuset som skickas ut från en ljuskälla kommer därför att absorberas av de gasmolekyler som finns i mätsträckan. Ju högre koncentration av gasen och ju längre mätsträcka desto mer absorption. Det ljus som återstår vid mätsträckans bortre ände skickas till en spektralanalysator, nyckelkomponenten i gasanalysatorn. Analysatorn kan då detektera den karakteristiska absorption som skett. Genom att dividera det uppmätta spektrumet med en referens (ett ”rent” spektrum utan absorption, divisionen är D:et i DOAS) och jämföra detta med kända absorptionsspektrum kan medelvärdet av den eftersökta gaskoncentrationen längs mätsträckan beräknas.
Eftersom varje slags gasmolekyl har sitt eget specifika fingeravtryck är det möjligt att optiskt särskilja olika typer av molekyler, och att använda ett och samma mätsystem för att mäta koncentrationerna av flera olika molekyltyper längs mätsträckan. Allt handlar om att veta i vilket våglängdsområde respektive typ av molekyl har sitt unika fingeravtryck, och att sedan leta efter just detta.
Idag är DOAS en väl etablerad metod för att mäta gaskoncentrationer. Det bekräftas av åtskilliga godkännanden och tusentals DOAS-instrument som är i drift runt om i världen.
Bloggar om DOAS
Läs våra blogginlägg om de olika DOAS-teknikerna.
Inside the Gas Analyser – the Spectrometer
