不要骗我，这小不点真可以“看到”辣么多污染气体？

上个星期的北京又又又又又一次霾上了。

1月4日某天气APP发出的数据

帝都各界群众心情如右图

几个清晨拉开窗帘的时候，应该都感觉进入了《迷雾》呀、《寂静岭》呀之类的电影场景中，需要担心分分钟是不是有外星生物或者异世界怪物从浓浓大霾里蹦出来。

《迷雾》剧照

来源：douban.com

《寂静岭》剧照

来源：funshion.com

雾霾的影响和危害，想必就算是吃瓜群众也都已非常了解了。想要逃脱这场“醇厚”的霾，戴口罩、开净化器都只是一时的权宜之计，关键还是要从根本上彻底治理。都说擒贼先擒王，那么治霾就得先控源，有效及时的污染源监测是治理需要踏出的第一步。

二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成，前两者是气体，而后者是雾霾的最大“元凶”。最有代表性的就是大家熟悉的PM2.5了，这种物质本身既是污染物，又是多种毒物的载体，比如重金属、多环芳烃。

对于普通的防护来，浓度信息基本能满足预警参考，但对于监管和治理来讲，还需要更细致的了解到污染物中的成分等多种信息，才能作为“对症下药”的科学参考依据。

中红外气体探测法：呔！有害气体哪里跑！

不同分子的气体都有其固定的、独有的特征吸收峰，我们根据这些吸收峰的位置进行识别，从而分辨出是哪种气体以及浓度大小，这些吸收峰我们也称之为“分子的指纹峰”，利用中红外光指纹峰来判断气体的种类和浓度，已经广泛地应用于气体中氮氧化物和硫氧化物的测定。

目前常见的污染气体主要集中在4μm~10μm内，因此我们有必要将探测器的波长范围扩展到11μm附近（来来来，请各位同学划重点），从而完成对绝大多数常见污染气体的高灵敏度、高精度的探测。

此前，在中红外气体探测中主要采用的是碲镉汞（MCT）红外探测器。但因为该探测器中含有RoHS指令所限制的水银和镉，所以基本已被市场拒之门外。不过，后浪拍前浪，一种基于环保材料的新型探测器则踩着七彩祥云横空而降了！

InAsSb光探测器来也！

响应波长延至11μm？那都不是事儿！

对于中红外波段的探测而言，铟砷锑（InAsSb）材料的探测器在室温下也具有很高的探测效率，且响应快速。与碲镉汞（MCT）不同，其材料完全符合RoHS标准。这些优势让它逐渐成为高品质红外探测的新宠。

采用InAsSb材料的红外探测器，因为改变了光吸收层的薄膜结晶As和Sb组合比例，使其在12μm处也可具有光谱响应。而InAsSb的薄膜结晶是在作为衬底的结晶基板上生长的，改变元素的组合比例后，可以响应不同范围的波长，由于在薄膜结晶和结晶基板上生长出的材料原子排列间隔不同，在薄膜结晶生长时存在半导体材料缺陷的问题，从而影响探测器实际的波长响应范围。

注意！这里要说“然而”了！

然而！

近期，滨松公司通过自有的薄膜结晶成长技术，生长出了几乎无缺陷的薄膜，将光谱响应范围从8μm稳定延伸至11μm。结合我们在上文中划的重点（敲黑板：忘记的同学赶快往上翻看），可以了解，几个微米级的变化则会带来可测定分子范围的扩大，10μm波长附近的氨气（NH3）、臭氧（O3）等分子如今也只能乖乖缴械现形。实现了单个探测器对多种成分的分析，对污染气体在线监测而言更具意义。

滨松新型InAsSb光探测器P13894系列

光谱响应范围覆盖3~11μm

谁说非制冷就不能有高灵敏度？！

我们知道，波长越长光能量越低，对探测器灵敏度要求就越高。虽然通过冷却可提高探测器灵敏度，但采用液态氮的方法会导致设备大型化，采用电子冷却又存在功率变大的问题。滨松在新系列InAsSb探测器的结构设计上进行了反复专研，实现了非制冷、高灵敏度特性的并存，以此进一步推进分析设备的小型化、低功率，也是大有希望。

InAsSb光探测器P13894系列中制冷型和非制冷型单品对比

除此之外，该InAsSb探测器上升时间很快，可用更高的调制频率进行光源调制，在更短时间内获得气体吸收信号，从而达到“实时监测”的效果。在空气污染源监测，特别是工厂烟气监测中作用突出。

工厂烟气监测示意

不过，完整的监测系统，单靠InAsSb探测器这个小不点也是完成不了的，还需要相应的光源担任助攻才行。波段4μm~10μm的中红外光源——量子级联激光器（QCL）是理想的选择。QCL采用的是DFB（分布式反馈激光器）结构，在内部设置了衍射光栅，可使光谱带宽处于非常窄的单一波长。2016年滨松公司也推出了内置准直透镜的QCL新品，增加了仪器开发的便利性。

从烟囱中排出的污染虽然可以通过小小探测器监测，但是真的做到减少污染的排放还需要更多社会和科技力量的合力。但愿通过点滴努力的汇聚，很快我们能够再次迎来蓝天常伴的日子。

美好的心愿：天天看蓝天看到腻~~ ：D

图片来源：bbs.fengniao.com

参考资料：

［1］ 百度百科，”雾霾”词条。

［2］ 胡淑红，王奇伟，吴杰，何家玉，戴宁。非致冷InAsSb中长波红外探测器研究评述孙常鸿。中国电子科学研究院学报.2010.01