Sledovanie koncentrácie oxidu dusného v ovzduší metódou laditeľnej diódovej absorpčnej spektroskopie

Abstract

Diplomová práca sa zaoberá sledovaním koncentrácie oxidu dusného v ovzduší pomocou metódy laditeľnej diódovej absorpčnej spektroskopie (TDLAS). Teoretická časť práce je zameraná na význam oxidu dusného v atmosfére, jeho hlavné prírodné a antropogénne zdroje, ako aj na jeho úlohu z hľadiska skleníkového efektu a vplyvu na ozónovú vrstvu. Ďalej sú spracované základné princípy absorpčnej spektroskopie, Beerov-Lambertov zákon, spektrálne vlastnosti molekuly N₂O a možnosti jej detekcie pomocou moderných optických metód. Praktická časť práce sa venuje opisu meracej zostavy založenej na kvantovom kaskádovom laseri, detektore a spracovaniu signálu metódou 2f-WMS. Súčasťou práce je kalibrácia systému, stanovenie neistôt merania, analýza stability pomocou Allanovej odchýlky a vyhodnotenie závislosti meraného signálu od koncentrácie oxidu dusného. Cieľom práce bolo overiť vhodnosť metódy TDLAS na detekciu nízkych koncentrácií N₂O a posúdiť jej využiteľnosť pre laboratórne a potenciálne aj terénne merania.

This diploma thesis deals with monitoring nitrous oxide concentration in air using tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS). The theoretical part focuses on the importance of nitrous oxide in the atmosphere, its main natural and anthropogenic sources, and its role in the greenhouse effect and ozone layer depletion. Furthermore, the thesis describes the basic principles of absorption spectroscopy, the Beer-Lambert law, spectral properties of the N₂O molecule, and the possibilities of its detection using modern optical methods. The experimental part is devoted to the description of the measuring setup based on a quantum cascade laser, detector, and signal processing using the 2f-WMS method. The thesis also includes system calibration, estimation of measurement uncertainty, stability analysis using Allan deviation, and evaluation of the dependence of the measured signal on nitrous oxide concentration. The aim of the thesis was to verify the suitability of the TDLAS method for the detection of low concentrations of N₂O and to assess its applicability for laboratory and potentially also field measurements.