2017-11-21
Vad är DOAS?
DOAS står för Differential Optical Absorption Spectroscopy. DOAS-tekniken utvecklades för nästan hundra år sedan och tillämpades på forskningsnivå för övervakning av luftkvalitet redan på 1970-talet. I mitten av 1980-talet kommersialiserades tekniken och fick då även praktisk, utbredd användning.
Akronymen DOAS avslöjar i sig en hel del om vad det handlar om. "Spektroskopi" är läran om växelverkan mellan materia och ljus, och det är just vad som händer. De gasformiga molekylerna i luftföroreningarna (materian) interagerar med vissa våglängder av det ljus som passerar genom gasen. "Absorption" anger den optiska effekt som utnyttjas: vissa våglängder absorberas av molekylerna. "Optisk" anger vilka våglängder som används. Tekniken arbetar inom det optiska våglängdsområdet, som omfattar infrarött (IR), synligt och ultraviolett (UV) ljus, där vissa våglängdsområden (eller "fönster") (dvs. spektra) undersöks. Slutligen är "differentiell" den matematiska metod som tillämpas på uppmätta spektra, och som gör det möjligt att beräkna gaskoncentrationer.
Varje typ av gasformiga ämnen, t.ex. NO2- eller SO2-molekyler, har sitt eget specifika absorptionsspektrum. Det kan ses som ett fingeravtryck av den typen av molekyl. Vissa "fingeravtryck" överlappar varandra men om man vet var man ska leta är det ändå möjligt att hitta tillräckligt tydliga och tillräckligt isolerade fingeravtryck av ett stort antal gasformiga ämnen som är av intresse för övervakning av luftkvalitet och kontinuerlig övervakning av utsläpp.
En xenonlampa används som ljuskälla. Den avger ett vitt ljus som effektivt ger ifrån sig alla våglängder från UV eller IR. När ljuset passerar i luften absorberar olika molekyltyper olika våglängder i de specifika absorptionsmönster (fingeravtryck) som dessa molekyler har. Ju fler molekyler av en viss typ, desto mer absorption i just det mönstret. Det som återstår av ljuset efter absorptionen fångas sedan upp och leds till en spektrometer (eller i vissa analysmodeller en interferometer), dvs. en anordning som kan separera ljusets olika våglängder. Det våglängdsfönster som är av intresse väljs och mätspektrumet kan registreras.
Resten är matematik. Först divideras mätspektrumet med en tidigare lagrad "referens", som innehåller xenonlampans inneboende emissionsspektrum. Därefter görs en ytterligare bearbetning genom att dividera med ett polynom för att ta bort eventuell kvarvarande och oönskad bredbandsabsorption som inte härrör från de aktuella gasmolekylerna. Detta är möjligt på grund av den molekylära absorptionens natur som uppvisar ganska skarpa "absorptionslinjer". Resultatet är ett differentialspektrum, dvs. D:et i DOAS.
Differentialspektrumet jämförs sedan matematiskt med ett eller flera förinspelade differentialabsorptionsspektra av kända gaser med kända koncentrationer. Den kombination som ger den bästa anpassningen till det nyss uppmätta differentialspektrumet ger den faktiska genomsnittliga gaskoncentrationen längs ljussträckan där gasen befann sig. Om en oväntad och spektralt störande gas skulle dyka upp i ljussträckan så ökar ett kvalitetsindikerande avvikelsetal vilket indikerar en ökad osäkerhet i det rapporterade resultatet.
