A DOAS jelentése Differenciál Optikai Abszorpciós Spektroszkópia. A DOAS technikát csaknem egy évszázaddal ezelőtt fogalmazták meg, és már a hetvenes években kutatási szinten alkalmazták a levegőminőség ellenőrzésére. Az 1980-as évek közepén a technológiát kereskedelmi forgalomba hozták, és gyakorlatban széles körben elterjedt alkalmazássá alakították.

 

Maga a DOAS rövidítés elég sokat elárul arról, miről van szó. A „spektroszkópia” az anyag és a fény kölcsönhatásának tanulmányozása, és valóban ez történik. A légszennyező anyagok gázhalmazállapotú molekulái (az anyag) kölcsönhatásba lépnek a gázon keresztül haladó fény bizonyos hullámhosszaival. Az „abszorpció” meghatározza a felhasznált optikai hatást: egyes meghatározott hullámhosszokat elnyelik a gázmolekulák. Az „Optical” megmondja, hogy mely hullámhosszokat vizsgáljuk. A technológia a fény teljes hullámhossz-tartományában működik, lefedi az infravörös (IR), a látható és az ultraibolya (UV) tartományokat, ahol a hullámhosszok (azaz spektrumok) bizonyos tartományait (vagy „ablakait”) érzékelik. Végül a „differenciál” az a matematikai módszer, amelyet a detektált spektrumokra alkalmaznak, lehetővé téve a gázkoncentrációk kiszámítását.

 

A gáznemű elegyek mindegyikének, például az NO2 vagy az SO2 molekuláknak megvan a saját meghatározott abszorpciós spektruma. Úgy is tekinthetünk erre, mint az adott molekula ujjlenyomatára. Egyes „ujjlenyomatok” átfedik egymást, de ha tudjuk hová kell és mit kell nézni, mégis lehet találni elég tiszta és elég elszigetelt ujjlenyomatokat a számos gázmolekulák között, amelyeket mérni szeretnénk a környezeti levegő minőségének és/vagy a folyamatos emissziós kibocsátások területén.

 

Nagynyomású xenonlámpát használnak fényforrásként. Fehér fényt bocsát ki, amely minden, az UV hullámhossztól az IR-ig terjedő hullámhosszt tartalmaz. Amint a fény áthalad a levegőben, a különböző molekulák különböző hullámhosszokat nyelnek el az adott molekulák meghatározott abszorpciós mintáiban (ujjlenyomataiban). Minél több egy bizonyos típusú molekula, annál nagyobb az abszorpció az adott mintában. A részben elnyelt fényt ezután összegyűjtik, és egy spektrométerhez (vagy egyes elemző modelleknél interferométerhez) vezetik, vagyis olyan eszközhöz, amely képes elválasztani a fény különböző hullámhosszait egymástól. A kívánt hullámhossz-ablak kiválasztásra kerül, és a mérési spektrum rögzíthető.

 

A többi matematika. Először a mérési spektrumot elosztjuk egy korábban tárolt „referenciával”, amely a xenonlámpa fix emissziós spektruma. Ezután egy további feldolgozást alkalmazunk egy polinommal osztva, hogy eltávolítsuk a fennmaradó és nem kívánt szélessávú abszorpciót, amelyek nem a keresett gáznemű molekulákból származnak. Ez a molekuláris abszorpció jellege miatt lehetséges, amely meglehetősen éles „abszorpciós vonalakat” mutat. Az eredmény a differenciálspektrum, vagyis a DOAS-ban szereplő „D”.

 

A differenciálspektrumot ezután matematikailag összehasonlítjuk ismert koncentrációjú ismert gázok egy vagy több előre rögzített differenciálabszorpciós spektrumával. Az éppen rögzített differenciálspektrumhoz legjobban illeszkedő kombináció a tényleges átlagos gázkoncentrációt eredményezi a fényút mentén. A számgörgetés a számítások hibájának becslését is eredményezi: ha váratlan és spektrálisan zavaró gáz jelenik meg a megfigyelési útvonalon, akkor az érzékelés minőségét jelző „deviancia” száma megnő, ami a jelentett mérési eredmény fokozott bizonytalanságát jelzi.