先進的光學(xué)光譜學(xué)方法在應(yīng)對有效監(jiān)測環(huán)境污染的挑戰(zhàn)方面獲得了廣泛的應(yīng)用。

在過去的一個世紀里，世界人口大幅增長，導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)設(shè)施大量增加。向環(huán)境排放污染物氣體是大規(guī)模生產(chǎn)的負面副產(chǎn)品之一。

污染物對環(huán)境的影響

空氣和水中的微粒物質(zhì)，包括灰塵、污垢和花粉顆粒，以及有害氣體混合物，都是環(huán)境中的污染物。甲烷（CH4）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）是危險氣體的幾個例子。

燃燒活動是有毒氣體的通常來源。1 燃燒過程的例子包括木材、石油、煤炭、木炭、天然氣和其他化石燃料的燃燒。

接觸過量的空氣污染可能會對健康造成不良影響，如肺癌、心臟病和呼吸道感染。

全球變暖與二氧化碳等溫室氣體的排放有關(guān)。二氧化碳會吸收太陽和其他來源的紅外線輻射，然后再向各個方向發(fā)射。雖然其中一部分能量被輻射到太空中，但大部分能量又被聚焦到地球上，導(dǎo)致二氧化碳在地球上產(chǎn)生時熱量滯留增加。

用于環(huán)境監(jiān)測的光學(xué)光譜學(xué)

光學(xué)光譜學(xué)被廣泛地描述為光與物質(zhì)的相互作用，是一種強大的方法，能夠在光的作用下揭示樣品的大量信息。

光學(xué)光譜技術(shù)的不斷進步改進了光學(xué)光譜的應(yīng)用方式。根據(jù)樣品的原子特性、紋理特征和散射方式等特征，可以獲得有關(guān)樣品的信息。

一些基本的光學(xué)光譜分析方法包括：

反射

在反射光譜法中，一個發(fā)射和收集光的探頭對準樣品。該反射探針將光射向樣品，并將反向反射光收集到光譜儀中。在氣體混合物中，可以監(jiān)測未被吸收但可以反射的光。

熒光/發(fā)射

在熒光或發(fā)射光譜學(xué)中，當特定頻率的光子被吸收時，入射到樣品上的光會激發(fā)原子2 。光譜儀收集熒光，并對其進行分析，以確定樣品中的分子。

拉曼光譜

拉曼光譜是科學(xué)家識別任意分子結(jié)構(gòu)的最強大的非侵入式工具之一。拉曼效應(yīng)是由未來的諾貝爾獎獲得者錢德拉塞卡拉-文卡塔-拉曼爵士于 1928 年在印度發(fā)現(xiàn)的。

在拉曼技術(shù)中，分子上的入射光會發(fā)生散射。大部分散射光的波長與光源相同，不能提供任何有意義的信息。

然而，根據(jù)分子的化學(xué)構(gòu)成，少量的光會以不同的波長散射。這種波長變化被稱為拉曼偏移，可用于獲取有關(guān)分子的寶貴信息。

吸收/透射

進入樣品的光也可以被不同波長的光吸收，而其余的光則透過樣品。從這種裝置中收集到的數(shù)據(jù)可幫助我們深入了解樣品中存在的分子。

如下圖 1 所示，所有光譜技術(shù)都可用于監(jiān)測環(huán)境中的污染物。

圖1.用于環(huán)境監(jiān)測的光譜學(xué)方法。