Acasa >> Produse >>Aparatura Stiintifica >>Analizoare Urme Gaze
Cavity Ring-Down Spectroscopy (CRDS)
Aproape fiecare molecula mica in stare gazoasa (de exemplu: CO2, H2O, H2S, NH3) are un spectru unic de absorbție in NIR. La presiune sub-atmosferica, aceasta consta intr-o serie de linii inguste, ascutite, fiecare la o lungime de unda caracteristica. Deoarece aceste linii sunt bine spatiate, iar lungimile lor de unda sunt bine cunoscute, concentratia oricaror specii poate fi determinata prin masurarea concentratiei acestei absorbtii, adica inaltimea unui varf de absorbtie specifica. Dar, in spectrometrele IR conventionale, urmele de gaze existente ofera prea putina absorbtie pentru a masura, limitand astfel sensibilitatea in cel mai bun caz in domeniul de ppm.
CRDS – Cavity Ring-Down Spectroscopy – evita limitarea sensibilitatii prin folosirea unei drum optic efectiv de mai multi kilometri. Aceasta permite ca gazele sa fie monitorizate cu o sensibilitate chiar si in domeniul de ppt.
In CRDS, fasciculul de la o dioda laser cu o singura frecvența intra intr-o cavitate definita de doua sau mai multe oglinzi de inalta reflectivitate. Analizoarele Picarro folosesc o cavitate cu trei oglinzi, ca in figura de mai jos. Acest lucru ofera un raport semnal zgomot superior in comparatie cu o cavitate cu doua oglinzi. Cand laserul este pornit, cavitatea se umple repede cu lumina emisa de laser. Un fotodetector rapid detecteaza cantitatea mica de lumina ce se scurge prin una din oglinzi pentru a produce un semnal care este direct proportional cu intensitatea din cavitate.
Cand semnalul fotodetectorului atinge un nivel de prag (in cateva zeci de microsecunde), laserul cu unda continua (CW) este oprit brusc. Lumina deja ajunsa in cavitate continua sa circule intre oglinzi (de aproximativ 100.000 de ori), dar deoarece oglinzile au reflectivitatea mai mica de 100% (99,999%), intesitatea luminii in interiorul cavitatii se scurge in mod constant afara si se descompune la zero intr-o maniera exponentiala. Aceasta degradare, sau “ring down”, este masurata in timp real de fotodetector si cantitatea de timp necesara pentru ca procesul de “ring down” sa se intample este determinata exclusiv de reflexia oglinzilor (pentru o cavitate goala). Se considera ca pentru o cavitate Picarro de numai 25 de cm in lungime, drumul optic efectiv in interiorul cavitatii poate fi mai lung de 20 de kilometri.
Acum, daca o specie de gaz ce absoarbe lumina laser este introdusa in cavitate, un al doilea mecanism de pierdere in interiorul cavitatii (de absorbtie) este introdus. Acest lucru accelereaza timpul procesului de “ring down”, comparativ cu o cavitate ce nu are nici o absorbtie suplimentara, ca urmare a unei specii de gaz vizate. Instrumentele Picarro calculeaza automat si in mod continuu si compara timpul procesului de “ring down” al cavitatii. Acest lucru conduce la masuratori precise.
Mai mult decat atat, datele despre concentratia finala sunt robuste deoarece sunt derivate din diferenta dintre acesti timpi “ring down” si prin urmare sunt independente de fluctuatiile intensitatii laser sau puterea absoluta a laserului.
Aceasta schema compara timpul de “ring down”al cavitatii fara nici un gaz de absorbtie, cu timpul de “ring down” in cazul in care un gaz tinta absoarbe lumina, este insotit, nu de indepartarea gazului din cavitate, ci mai degraba de utilizarea unui laser a carui lungime de unda poate fi reglata. Prin acordarea laserului la diferite lungimi de unda, unde gazul absoarbe lumina, iar apoi la lungimi de unda in care gazul nu absoarbe lumina, timpul de “ring down” doar in cavitate, poate fi comparat cu timpul de “ring down” in care un gaz tinta contribuie la pierderea optica din cadrul cavitatii. De fapt, laserul este reglat la mai multe locatii din intreaga linie de absorbtie spectrala a gazului tinta si o potrivire matematica pentru forma acelei linii de absorbtie, este ceea ce, de fapt, este folosit pentru a calcula concetratia de gaz.
Vizitati CRDS technical description pentru a vizualiza calculele folosite de instrument pentru a converti semnalele brute in date de concentrare.
In figura de mai sus se poate vizualiza intensitatea luminii in functie de timp intr-un sistem CRDS, cu si fara proba, avand absorbanta rezonanta. Acest lucru demonstreaza cum pierderea optica (sau absorbtia de catre gaz) este redata intr-o masurare a timpului.