OPS
Identifizierung und Quantifizierung von Gasverbindungen im offenen Pfad (Open Path) und in Echtzeit
OPS ist ein aktives Fernerkundungssystem auf Basis der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FT-IR), das Gasverbindungen selbst bei geringen Konzentrationen, d. h. im ppb-Bereich, genau quantifizieren kann.
Typische Anwendungen des OPS umfassen die Überwachung von Grenzzäunen, d. h. die Quantifizierung von Gasverbindungen entlang der Grundstücksgrenze eines Industriegeländes wie einer Raffinerie oder eines Chemiewerks. Es wird auch häufig zur Emissionsüberwachung verwendet, z. B. von flüchtigen Gasen, Abgasen, landwirtschaftlichen Gasen und Waldbrandemissionen. Ausgewählte Veröffentlichungen zu verschiedenen Anwendungen des OPS finden Sie auch im letzten Abschnitt unten.
Das Funktionsprinzip von OPS ist:
Infrarotstrahlung von der internen Mittelinfrarot-Lichtquelle (MIR) wird durch ein Interferometer moduliert und durch ein Teleskop an ein Retroreflektor-Array übertragen, das normalerweise mehrere hundert Meter vom Spektrometer entfernt positioniert ist. Die reflektierte Strahlung wird vom selben Teleskop empfangen und auf einen Detektor fokussiert.
Alle IR-aktiven Gasverbindungen zwischen Spektrometer und Retroreflektor-Array absorbieren diese MIR-Strahlung und verursachen dadurch charakteristische Absorptionseigenschaften im gemessenen IR-Spektrum. OPS identifiziert diese Gase und quantifiziert ihre durchschnittlichen Konzentrationen in Echtzeit anhand der Analyse der Infrarotsignaturen im resultierenden Absorptionsspektrum.
Kalibrierungsfreie Quantifizierung
OPS wird mit der Fernerkundungssoftware OPUS RS/OPS betrieben. Ähnlich wie unsere Gasanalysesoftware OPUS GA für unsere benchtop Multigasanalysatoren auf dem Tisch ermöglicht OPUS RS/OPS die Quantifizierung mehrerer Gase ohne die Notwendigkeit einer Kalibrierung auf die Zielgase. Die Quantifizierung basiert auf einem einzigartigen nichtlinearen Anpassungsalgorithmus, der ein Referenzspektrum der Zielverbindung an das gemessene Spektrum anpasst. Störende Gase in der Atmosphäre werden im Anpassungsverfahren berücksichtigt.
Der zeitliche Verlauf der von OPS quantifizierten Methanolkonzentration (oberes Fenster, rote Datenpunkte) entlang des Strahlengangs zeigt deutlich schwankende Werte von 60 bis 120 ppb.
Das zu jedem Datenpunkt der obigen Zeitreihe gehörige gemessene Spektrum kann ebenfalls im Detail untersucht werden. Das untere Fenster zeigt das gemessene Spektrum (schwarz) im Spektralbereich, in dem Methanol quantifiziert wird. Dieses Spektrum ist bereits automatisch durch die Basislinie und die Absorptionen störender Verbindungen korrigiert. Das Referenzspektrum von Methanol (rot) stimmte gut mit dem gemessenen überein. Hier ist das Spektrum der Messung bei 63 s dargestellt.
Einfache Erstellung neuer Referenzen
Das Hinzufügen neuer Referenzen zur Bibliothek von Verbindungen, die während der Messung in Echtzeit quantifiziert werden, erfordert in der OPUS RS/OPS-Software nur wenige Klicks. Der Benutzer muss diese Verbindungen nur aus der verfügbaren quantitativen Gasbibliothek (mit mehr als 350 Verbindungen) auswählen und einige Parameter einrichten, um die Referenz zu erstellen. Vorhandene Messungen können jederzeit mit den neu hinzugefügten Referenzen erneut analysiert werden, ohne die Messung erneut ausführen zu müssen.
Hohe Auflösung und schnelle Analyse
OPS verfügt über eine überragende spektrale Auflösung von 1,0 cm-1, die optional auf 0,5 cm-1 erweitert werden kann. Diese hohe spektrale Auflösung erleichtert die Analyse komplexer Gasgemische, die durch zahlreiche überlappende Infrarotsignaturen gekennzeichnet sind. Darüber hinaus ermöglicht die hohe Messrate von bis zu 5 Hz bei einer Auflösung von 0,5 cm-1 die Untersuchung von Gaszusammensetzungen im offenen Pfad in Echtzeit, selbst wenn sie sich schnell ändern.
Automatische Positionierung zur Abdeckung mehrerer Richtungen
Wenn die Überwachung mehrerer Richtungen erforderlich ist, bietet Bruker den motorisierten Schwenk-Neige-Kopf an, der in OPUS RS/OPS präzise gesteuert und programmiert werden kann, um das Spektrometer in verschiedene Richtungen auszurichten, in denen einzelne Retroreflektor-Arrays installiert sind.
OPS-Anwendungen (ausgewählte Veröffentlichungen)
Quantifying the Impact of the COVID-19 Pandemic Restrictions on CO, CO2, and CH4 in Downtown Toronto Using Open-Path Fourier Transform Spectroscopy. Atmosphere (2021)
Beef cattle methane emissions measured with tracer-ratio and inverse dispersion modelling techniques. Atmospheric Measurement Techniques (2021)
Quantifying fugitive gas emissions from an oil sands tailings pond with open-path Fourier transform infrared measurements. Atmospheric Measurement Techniques (2021)
Air quality impacts of smoke from hazard reduction burns and domestic wood heating in western Sydney. Atmosphere (2019)
Vehicle ammonia emissions measured in an urban environment in Sydney, Australia, using open path fourier transform infrared spectroscopy. Atmosphere (2019)
Characterization of trace gas emissions at an intermediate port. Atmospheric Chemistry and Physics (2018)
Long-path measurements of pollutants and micrometeorology over Highway 401 in Toronto. Atmospheric Chemistry and Physics (2017)
Fernerkundungssysteme Bibliothek
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