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摘要

傅里叶红外光谱仪检测和定量气态化合物的最小量取决于所测气体光谱的信噪比. 为了使用傅里叶变换红外吸收光谱测量CO ₂, CO, CH ₄和N ₂O等温室气体, 对混合气体的信噪比和仪器检测限进行了研究. 提出通过HITRAN模拟光谱计算仪器的气体检测限并分析波段等因素的影响. 此外, 搭建实验平台来验证基于HITRAN模拟光谱计算的检测限近似作为仪器实际测量检测限的精确程度, 并分析了两者具有误差的原因和现有实验平台的不足及优化方案.

关键词:

Abstract

The minimum amount that can be detected and quantitatively analyzed by Fourier infrared spectrometer depends on the signal-to-noise ratio of the measured gas spectrum. In order to use Fourier transform infrared absorption spectroscopy to measure CO ₂, CO, CH ₄, N ₂O and other greenhouse gases, the signal-to-noise ratio and instrument detection limit of the mixed gas are studied. We propose a method to calculate the gas detection limit of the instrument through the HITRAN simulation spectrum. In addition, we build an experimental platform to verify the accuracy of the detection limit approximation based on the HITRAN simulation spectrum calculation, which serves as the actual measurement detection limit of the instrument, and we also analyze the reasons why there appears the error between the existing experimental platform and optimization scheme and their deficiencies as well.

Keywords:

Fourier transform infrared spectroscopy/
spectral simulation/
detection limit/
greenhouse gas

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:徐亮,xuliang@aiofm.ac.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 41941011)、中国科学院前沿科学重点研究项目(批准号: QYZDY-SSW-DQC016)和国家重点研发计划(批准号: 2019YFF0303400)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Xu Liang,xuliang@aiofm.ac.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 41941011), the Key Research Program of Frontier Sciences, Chinese Academy of Sciences (Grant No. QYZDY-SSW-DQC016), and the National Key Research and Development Program of China (Grant No. 2019YFF0303400).

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参考文献

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施引文献

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Component	Wave number/cm^–1	Extended network compatibility goal	Range in unpolluted troposphere	Range covered by the WMO scale
CO₂/(μmol·mol^–1)	2150—2310	0.2	380—450	250—520
N₂O/(nmol·mol^–1)	2097—2242	0.3	325—335	260—370
CO/(nmol·mol^–1)	2097—2242	5	30—300	30—500
CH₄/(nmol·mol^–1)	2810—3150	5	1750—2100	300—5900

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	Componentsequence
	CO₂/(μmol·mol^–1)	N₂O/(nmol·mol^–1)	CO/(nmol·mol^–1)	CH₄/(μmol·mol^–1)
DL of MCT detector experimental measurement	6.95634	30.01392	32.98644	0.01947
DL of simulated spectrum detection	3.24915	15.63831	41.69358	0.02526
DL of MIP detector experimental measurement	2.43627	6.35112	16.89	0.012

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