不要騙我，這小不點真可以“看到”辣么多污染氣體？

上個星期的北京又又又又又一次霾上了。

1月4日某天氣APP發(fā)出的數(shù)據(jù)

帝都各界群眾心情如右圖

幾個清晨拉開窗簾的時候，應(yīng)該都感覺進入了《迷霧》呀、《寂靜嶺》呀之類的電影場景中，需要擔(dān)心分分鐘是不是有外星生物或者異世界怪物從濃濃大霾里蹦出來。

《迷霧》劇照

來源：douban.com

《寂靜嶺》劇照

來源：funshion.com

霧霾的影響和危害，想必就算是吃瓜群眾也都已非常了解了。想要逃脫這場“醇厚”的霾，戴口罩、開凈化器都只是一時的權(quán)宜之計，關(guān)鍵還是要從根本上徹底治理。都說擒賊先擒王，那么治霾就得先控源，有效及時的污染源監(jiān)測是治理需要踏出的第一步。

二氧化硫、氮氧化物以及可吸入顆粒物這三項是霧霾主要組成，前兩者是氣體，而后者是霧霾的最大“元兇”。最有代表性的就是大家熟悉的PM2.5了，這種物質(zhì)本身既是污染物，又是多種毒物的載體，比如重金屬、多環(huán)芳烴。

對于普通的防護來，濃度信息基本能滿足預(yù)警參考，但對于監(jiān)管和治理來講，還需要更細(xì)致的了解到污染物中的成分等多種信息，才能作為“對癥下藥”的科學(xué)參考依據(jù)。

中紅外氣體探測法：呔！有害氣體哪里跑！

不同分子的氣體都有其固定的、獨有的特征吸收峰，我們根據(jù)這些吸收峰的位置進行識別，從而分辨出是哪種氣體以及濃度大小，這些吸收峰我們也稱之為“分子的指紋峰”，利用中紅外光指紋峰來判斷氣體的種類和濃度，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于氣體中氮氧化物和硫氧化物的測定。

目前常見的污染氣體主要集中在4μm~10μm內(nèi)，因此我們有必要將探測器的波長范圍擴展到11μm附近（來來來，請各位同學(xué)劃重點），從而完成對絕大多數(shù)常見污染氣體的高靈敏度、高精度的探測。

此前，在中紅外氣體探測中主要采用的是碲鎘汞（MCT）紅外探測器。但因為該探測器中含有RoHS指令所限制的水銀和鎘，所以基本已被市場拒之門外。不過，后浪拍前浪，一種基于環(huán)保材料的新型探測器則踩著七彩祥云橫空而降了！

InAsSb光探測器來也！

響應(yīng)波長延至11μm？那都不是事兒！

對于中紅外波段的探測而言，銦砷銻（InAsSb）材料的探測器在室溫下也具有很高的探測效率，且響應(yīng)快速。與碲鎘汞（MCT）不同，其材料完全符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。這些優(yōu)勢讓它逐漸成為高品質(zhì)紅外探測的新寵。

采用InAsSb材料的紅外探測器，因為改變了光吸收層的薄膜結(jié)晶As和Sb組合比例，使其在12μm處也可具有光譜響應(yīng)。而InAsSb的薄膜結(jié)晶是在作為襯底的結(jié)晶基板上生長的，改變元素的組合比例后，可以響應(yīng)不同范圍的波長，由于在薄膜結(jié)晶和結(jié)晶基板上生長出的材料原子排列間隔不同，在薄膜結(jié)晶生長時存在半導(dǎo)體材料缺陷的問題，從而影響探測器實際的波長響應(yīng)范圍。

注意！這里要說“然而”了！

然而！

近期，濱松公司通過自有的薄膜結(jié)晶成長技術(shù)，生長出了幾乎無缺陷的薄膜，將光譜響應(yīng)范圍從8μm穩(wěn)定延伸至11μm。結(jié)合我們在上文中劃的重點（敲黑板：忘記的同學(xué)趕快往上翻看），可以了解，幾個微米級的變化則會帶來可測定分子范圍的擴大，10μm波長附近的氨氣（NH3）、臭氧（O3）等分子如今也只能乖乖繳械現(xiàn)形。實現(xiàn)了單個探測器對多種成分的分析，對污染氣體在線監(jiān)測而言更具意義。

濱松新型InAsSb光探測器P13894系列

光譜響應(yīng)范圍覆蓋3~11μm

誰說非制冷就不能有高靈敏度？！

我們知道，波長越長光能量越低，對探測器靈敏度要求就越高。雖然通過冷卻可提高探測器靈敏度，但采用液態(tài)氮的方法會導(dǎo)致設(shè)備大型化，采用電子冷卻又存在功率變大的問題。濱松在新系列InAsSb探測器的結(jié)構(gòu)設(shè)計上進行了反復(fù)專研，實現(xiàn)了非制冷、高靈敏度特性的并存，以此進一步推進分析設(shè)備的小型化、低功率，也是大有希望。

InAsSb光探測器P13894系列中制冷型和非制冷型單品對比

除此之外，該InAsSb探測器上升時間很快，可用更高的調(diào)制頻率進行光源調(diào)制，在更短時間內(nèi)獲得氣體吸收信號，從而達到“實時監(jiān)測”的效果。在空氣污染源監(jiān)測，特別是工廠煙氣監(jiān)測中作用突出。

工廠煙氣監(jiān)測示意

不過，完整的監(jiān)測系統(tǒng)，單靠InAsSb探測器這個小不點也是完成不了的，還需要相應(yīng)的光源擔(dān)任助攻才行。波段4μm~10μm的中紅外光源——量子級聯(lián)激光器（QCL）是理想的選擇。QCL采用的是DFB（分布式反饋激光器）結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部設(shè)置了衍射光柵，可使光譜帶寬處于非常窄的單一波長。2016年濱松公司也推出了內(nèi)置準(zhǔn)直透鏡的QCL新品，增加了儀器開發(fā)的便利性。