مبدأ تقنية تحليل الغاز بالليزر

1. قانون لامبرت - بير

تُعدّ تقنية DLAS نوعًا من تقنيات الامتصاص الطيفي، حيث تعتمد على تحليل امتصاص الليزر بواسطة الغاز، مع مراعاة انتقائية تركيز الغاز. ويكمن الاختلاف بينها وبين تقنية امتصاص الأشعة تحت الحمراء التقليدية في أن عرض طيف ليزر أشباه الموصلات أقل بكثير من اتساع خطوط طيف امتصاص الغاز. لذا، تُعتبر تقنية DLAS تقنية امتصاص طيفي عالية الدقة، حيث يتم قياس شدة امتصاص ليزر أشباه الموصلات بواسطة الغاز من خلال قانون لامبرت (قانون بيل) للتعبير عن النوعين الرابع والخامس، حيث يُمثل الأول تردد الليزر الساقط، والثاني الضغط (P)، والثالث تركيزه، والثالث شدة الضوء بعد مروره عبر مسار الضوء (LX). أما النوع الثاني فيُمثل شدة خط طيف امتصاص الغاز (S(T)). الدالة الخطية g(v - v0) تُحدد شكل خطوط الامتصاص. عادةً ما يكون امتصاص الغاز ضئيلاً، ويمكن استخدام الصيغة (4-2) للتعبير التقريبي عن امتصاص الغاز. تُظهر الصيغة أنه كلما زاد تركيز الغاز، زاد توهين الضوء. لذلك، يُمكن قياس تركيز الغاز عن طريق قياس توهين الليزر.

2. خط طيفي قوي

يرتبط امتصاص جزيئات الغاز والانتقال الداخلي الجزيئي دائمًا بالانتقال من حالة طاقة منخفضة إلى مستوى طاقة عالٍ. يعكس الخط الطيفي القوي S(T) الطاقة المحفزة أثناء عملية الانتقال بين الامتصاص والانبعاث التلقائي، وشدة الإشعاع المحفز. يُعد التأثير الكلي لطيف الامتصاص السمة الأساسية للطيف، حيث يُحدد احتمال انتقال مستوى الطاقة بين المستويات الكلاسيكية وعدد الجزيئات في المستويين العلوي والسفلي. يتأثر توزيع الجزيئات بين المستويات المختلفة بدرجة الحرارة، لذا يرتبط الخط الطيفي أيضًا بدرجة الحرارة. إذا عُرف الخط الطيفي القوي S(T0)، يُمكن تكوين خطوط طيفية قوية أخرى من خلال تحديد نوع ودرجة حرارة الخط الطيفي، حيث Q(T) هي دالة التوزيع الجزيئي؛ H هو ثابت بلانك؛ C هي سرعة الضوء؛ K هو ثابت بولتزمان؛ وE هي طاقة المستوى التالي. يمكن الرجوع إلى قواعد البيانات الطيفية ذات الصلة لمعرفة جميع أنواع خطوط امتصاص الغاز للخط الطيفي القوي S(T0).

<br />