CRDS 技術的核心原理

光腔衰蕩光譜技術是一種基于光腔中循環(huán)光的吸收率的高靈敏度的吸收光譜檢測技術。其核心部件為光學諧振腔,，由兩片具有超高反射率（≥99.99%）的腔鏡構成,。當特定波長的激光進入光腔后，會在腔鏡間反復反射,，形成超長光程,，極大地增強了光與腔內氣體分子的相互作用。

具體工作過程如下：首先,，激光光源發(fā)射出的激光進入光腔,，當激光頻率與光腔的諧振頻率匹配時，腔內光強會迅速增強,。隨后,，激光被快速切斷，此時腔內光強開始呈指數(shù)衰減,。通過探測器測量光強衰減為初始強度的1/e 所需的時間,，即衰蕩時間，來推算腔內氣體的吸收情況,。根據比爾 - 朗伯定律,，衰蕩時間與腔內氣體的吸收系數(shù)相關，進而可得出氣體濃度,。與其他直接吸收光譜法不同,，CRDS 技術測量的是光在衰蕩腔中的衰蕩時間，該時間僅與衰蕩腔反射鏡的反射率和衰蕩腔內介質的吸收有關,，而與入射光強的大小無關,。

與傳統(tǒng)檢測技術的對比

氣相色譜（GC）技術

氣相色譜技術是一種經典的分離分析技術，通過將混合氣體在流動相（載氣）和固定相之間進行多次分配,，實現(xiàn)各組分的分離,，然后再進行檢測。雖然氣相色譜在復雜樣品的分離方面表現(xiàn)出色,，但在溫室氣體檢測中存在一些局限性,。例如，氣相色譜的分析周期較長,，難以滿足對溫室氣體實時監(jiān)測的需求,。此外，其檢測精度在低濃度范圍內相對有限,，對于ppb 級別的溫室氣體濃度檢測,，往往需要復雜的前處理和高靈敏度的檢測器,，增加了設備成本和操作難度。

傅里葉變換紅外光譜（FTIR）技術

傅里葉變換紅外光譜技術利用物質對紅外光的吸收特性來進行分析,。它通過測量干涉圖并進行傅里葉變換,，得到樣品的紅外吸收光譜，從而確定物質的成分和含量,。FTIR 技術具有分析速度較快,、可同時檢測多種氣體等優(yōu)點，但在檢測精度上,，尤其是對于低濃度溫室氣體的檢測,，與 CRDS 技術存在差距。傳統(tǒng)傅里葉紅外光譜儀的精度通常在 ppm 級別,，難以滿足對溫室氣體 ppb 級精度檢測的要求,。而且，F(xiàn)TIR 技術易受環(huán)境因素如溫度,、濕度變化的影響,，導致測量結果的穩(wěn)定性和準確性下降。

CRDS 技術在溫室氣體檢測中的優(yōu)勢

ppb 級精度

CRDS 技術憑借其超長的等效光程（可達數(shù)公里甚至更高）,，極大地增強了光與氣體分子的相互作用,，使得即使是痕量的溫室氣體也能產生可檢測的吸收信號。這使得 CRDS 技術能夠實現(xiàn) ppb 級甚至更低濃度的高精度檢測,，可精準捕捉大氣 / 過程氣體中 CO?,、CH?、H?O 等關鍵溫室氣體的極低濃度變化,，為氣候變化研究和碳排放監(jiān)測提供了極為可靠的數(shù)據支撐,。例如，在一些高精度的大氣監(jiān)測實驗中,，CRDS 技術能夠清晰地分辨出大氣中溫室氣體濃度的微小波動,，為深入了解溫室氣體的源匯機制提供了有力的數(shù)據基礎。

快速響應速度

由于 CRDS 技術直接測量光的衰蕩時間,，無需復雜的分離過程或信號處理步驟，因此具有極快的響應速度,。在實際應用中,，能夠實時、快速地反映溫室氣體濃度的變化,，適用于對動態(tài)變化過程的監(jiān)測,，如工業(yè)廢氣排放過程中的實時監(jiān)測、大氣邊界層中溫室氣體濃度的快速變化監(jiān)測等,。相比之下,，氣相色譜等傳統(tǒng)技術由于需要進行樣品分離等操作,，分析周期較長，無法及時捕捉到溫室氣體濃度的瞬間變化,。

抗干擾性強

由于 CRDS 技術的測量結果不受入射光強波動的影響,，僅取決于衰蕩時間，因此在復雜環(huán)境中具有很強的抗干擾能力,。無論是在高溫,、高濕等惡劣環(huán)境條件下，還是在存在其他干擾氣體的情況下,，CRDS 技術都能穩(wěn)定地工作,，確保測量結果的準確性和可靠性。例如,，在工業(yè)廠區(qū)等復雜環(huán)境中,，存在大量的干擾氣體和環(huán)境因素的波動，傳統(tǒng)的檢測技術可能會受到嚴重影響,，而 CRDS 技術則能夠有效排除干擾,，準確測量溫室氣體的濃度。

光腔衰蕩光譜（CRDS）技術以核心原理,，在與傳統(tǒng)檢測技術的對比中,，展現(xiàn)出在 ppb 級精度、響應速度和抗干擾性等方面的顯著優(yōu)勢,。隨著技術的不斷發(fā)展和完善,，CRDS 技術有望在溫室氣體監(jiān)測領域發(fā)揮更為重要的作用，為全球氣候變化研究和碳減排行動提供強有力的技術支持,，助力人類更好地應對氣候變化挑戰(zhàn),。