不受背景氣干擾是激光法氣體檢測中經(jīng)常被人掛在嘴邊的一句話。那么到底受不受干擾呢?相對紅外法,激光法有更好的抗背景干擾能力,但在很多情況下還是會受到干擾,受干擾的情形分為兩種,第一種是譜線展寬受背景氣影響,第二種是吸收譜線本身受到干擾。
一、譜線展寬受背景氣影響帶來的干擾

圖1 激光吸收光譜原理
如圖1所示,激光的波長會隨著調(diào)制電流的變化而變化,當一束激光通過波長持續(xù)變化,掃描過一根吸收譜線時,接收信號會出現(xiàn)一個凹坑,這個凹坑提取之后如圖2。從頂端往下一半的開度就是譜線展寬如圖3。
這個展寬受很多因數(shù)的影響,其中背景氣就是一個重要因數(shù)。氣體分子可以接收特定波長的光子,但接受的過程是不一樣的。背景氣體不一樣,氣體分子的運動就會受到影響,就像一個人在人群里面,人群的密度、強壯程度不一樣,這個人的活動空間就不一樣,吸收光子時的狀態(tài)也就不一樣。同樣濃度的氣體在不同的背景下,可能會出現(xiàn)不同形狀的吸收截面如圖4。

圖4同一濃度不同背景氣的吸收截面
為了提高靈敏度,常常采用二次諧波解調(diào)的方式進行測量,因為吸收截面形狀不同,解調(diào)出的信號會出現(xiàn)較大的差異,對結(jié)果就產(chǎn)生了影響。這也是很多激光分析儀需要根據(jù)不同背景輸入不同補償系數(shù)的原因。
如果采用直接吸收法,也就是直接用進行吸收截面來計算氣體濃度,這個影響就幾乎可以忽略,有更好的抗干擾能力。
二、吸收譜線交叉帶來的干擾
再來看一幅圖(圖5),這是水分子在近紅外到中紅外的吸收譜線圖,可以看到吸收極為豐富。另外還有一些像甲烷等這些氣體也有極為豐富的吸收譜線。

圖5 水分子吸收譜線
我們再來看一副圖(圖6),這是甲烷背景下的1370nm附近的微量水氣的吸收譜疊加。可以看到水分信號完全被掩蓋了,存在很強的交叉干擾。

圖6甲烷與水分子吸收譜線交叉干擾
因此我們在采用激光法時需要考慮交叉干擾,特別是在以下幾個場景采用激光法進行氣體分析時,特別要注意。
一是高濕背景下的微量組分。很多工業(yè)環(huán)境中,比如煙氣中存在大量水分,當我們要測量微量組分,比如氨氣等氣體時需要注意。
二是測量天然氣背景中的氣體,比如水氣、硫化氫時也需要特別注意交叉干擾問題。
三是在很多碳氫組合體系中,由于分子結(jié)構(gòu)的原因,也需要特別注意交叉干擾問題。
四是所有高濃度極性分子為背景的體系中,測量微量組分,也都需要考慮干擾的影響。
有時用激光法進行氣體分析,常常存在交叉干擾難以解決的問題,還有一個原因是任意波長的激光器是較難獲得的,特殊波長激光器需要付出較大的成本代價。