轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷和轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)躍遷對(duì)溫度非常敏感。這是由于這樣的事實(shí)：相鄰轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)之間的相對(duì)能量差約等于一些波數(shù)。根據(jù)方程式1，在室溫下，能量為約204cm^-1，足以布居(populate)許多更高轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)。

轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)光譜一般分為三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷分支，即R-分支(R-branch)、P-分支(P-branch)和Q-分支(Q-branch)。在下文中，將討論CO₂的紅外吸收光譜作為實(shí)例。在激發(fā)CO₂的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷與該激發(fā)偶合，由選擇規(guī)則反映。圖1示出了CO₂的中紅外吸收光譜的一部分，其中明確標(biāo)記了不對(duì)稱伸縮躍遷的R-分支和P-分支。任一分支表示包含若干個(gè)吸收帶的吸收帶系列。

可以看到：在高能量側(cè)，¹²CO₂的R-分支；和在低能量側(cè)，¹²CO₂的P-分支；以及甚至更低能量處¹³CO₂的P-分支。在2300cm^-1的范圍內(nèi)，¹³CO₂的R-分支和¹²CO₂的P-分支重疊。在此光譜區(qū)域內(nèi)，在相同光譜范圍內(nèi)和相似吸收強(qiáng)度處可以同時(shí)測(cè)量¹²CO₂和¹³CO₂二者。

R-分支(J→J+1)和P-分支(J→J-1)與振動(dòng)躍遷v＝0→1偶合。兩個(gè)¹²CO₂分支中間的凹陷與¹²CO₂振動(dòng)躍遷的能量差相關(guān)。¹³CO₂類似能量的值為2282cm^-1。

如上所述，轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷和轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)躍遷的吸收光譜是高度溫度依賴性的，因?yàn)榻o定狀態(tài)K(或J)相比于基態(tài)K＝0的布居數(shù)N由以下方程式2給出：

因此，(2K+1)為轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的簡(jiǎn)并度，K為轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，并且B為分子的轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)(對(duì)于CO₂的不對(duì)稱伸縮而言，B為約0.39cm^-1)。

由于溫度為方程式2中指數(shù)函數(shù)的一部分，因此影響非常強(qiáng)。CO₂不對(duì)稱伸縮的轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)B可以在HITRAN數(shù)據(jù)庫(kù)(可在地址http://www.cfa.harvard.edu/hitran/獲得)中發(fā)現(xiàn)或者可以如圖2中所列的直接測(cè)定，圖2示出了作為K之函數(shù)的轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)吸收最大值的光譜位置。圖2的實(shí)線為具有以下系數(shù)的二階多項(xiàng)式擬合：A₀＝2349.71±0.04、A₁＝-0.781±0.004、A₂＝-0.00293±0.0007。所述值A(chǔ)₁＝(0.781±0.004)表示兩倍的B，由于對(duì)稱原因?qū)е聦?duì)奇數(shù)和偶數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)的選擇規(guī)則。因此，可以由光譜位置測(cè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)為B＝(0.3905±0.002)。在G.Herzberg的書(G.Herzberg.Infrared and Raman Spectra.Van Nostrand Reinhold Company，1945)中解釋了選擇規(guī)則、光譜位置以及這些性質(zhì)的物理基礎(chǔ)。

使用已知的轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)可以模擬轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)吸收峰的強(qiáng)度分布。圖3中描繪了這種模擬，示出CO₂不對(duì)稱伸縮的轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)吸收光譜的R-分支的溫度依賴性?；鶓B(tài)強(qiáng)度為1。隨著溫度的增加，更高轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)布居的更多，導(dǎo)致這一系列吸收峰形狀的改變。所述吸收峰的包絡(luò)線在特定轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下顯示出最大強(qiáng)度I(K_max)。

該最大值K_max還可根據(jù)方程式3來計(jì)算：

最大值K_max取決于溫度。這表明轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的布居改變，還表明吸收光譜中的峰強(qiáng)度作為溫度函數(shù)改變。

為了由吸收線測(cè)定溫度或溫度改變，在給定溫度下鑒定具有最大吸收改變的那些吸收線是有用的。這可以通過將以下方程式4的二階導(dǎo)數(shù)設(shè)定為0來確定：

這導(dǎo)致K_wm的最大改變可以根據(jù)以下方程式5來計(jì)算。

在室溫(25℃)下，可以在K_wm～28-29(h＝6.626＊10^-34Js；c＝3＊10⁸m/s；k_B＝1.3806＊10^-23J/K，B＝38.71m^-1，T＝298.15K)處觀察到最大改變。

圖4中描繪了可以在溫度從40.0℃改變至40.1℃時(shí)觀察到的改變，顯示出40.0℃至40.1℃溫度之間CO₂不對(duì)稱伸縮振動(dòng)的不同轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)下的強(qiáng)度差。

在溫差ΔT＝0.1℃時(shí)的最大信號(hào)改變?yōu)?.006。由于信號(hào)強(qiáng)度為約20(以相對(duì)單位計(jì))，所以相對(duì)信號(hào)改變?yōu)榧s0.3‰。如果信號(hào)的吸光度為1光密度(OD)，則信號(hào)改變?yōu)榧s0.3mOD。此外，由圖4中可見具有相似充足吸收的相鄰轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)顯示出相似的溫度依賴性。據(jù)Arroyo等報(bào)道，對(duì)于溫度測(cè)定而言，兩條振動(dòng)線應(yīng)具有相似的充足吸收(Arroyo，M.P.，等.Applied Optics(1994)，33：15，3296-3307)。盡管他們?cè)谡駝?dòng)躍遷時(shí)使用近紅外光譜，但這也應(yīng)該適用于紅外光譜和轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)躍遷。

Jellison等使用了紅外光譜術(shù)(Jellison，G.P，等；Proc.of SPIE(2004)，第5425卷，244-255)，并且他們發(fā)現(xiàn)分別對(duì)應(yīng)于不對(duì)稱伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)的56和26的J值的最適波長(zhǎng)4.19668μm和14.5023μm。在單次掃描時(shí)間為16秒時(shí)，他們報(bào)道了均方根誤差為24K的溫度測(cè)定。這與轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)躍遷隨溫度增加的正常溫度依賴性一致。因此，這兩條吸收線之比將僅改變較小的程度。這是現(xiàn)有技術(shù)并且在圖4中所示。

如果要測(cè)量J～30和J’～40的兩條線，則吸收線顯示出的相對(duì)強(qiáng)度為8和3，足夠相似以實(shí)現(xiàn)這些線的相當(dāng)良好的檢測(cè)靈敏度(參見Arroyo)。ΔT為1K時(shí)吸收比的改變將從8/3降低至8.0062/3.0045，導(dǎo)致1.9‰的比改變。這些吸光度改變太小而不能用通常限于1％改變的純紅外光譜術(shù)檢測(cè)到。該1％的光譜精度也由Arroyo等支持，并且是含有再現(xiàn)性問題、噪音、系統(tǒng)噪音、系統(tǒng)誤差、壓力依賴性、溫度穩(wěn)定性、指向穩(wěn)定性、光譜分辨率、線寬改變等的吸收光譜術(shù)的實(shí)驗(yàn)值。

在用于氣體、空氣或呼吸樣品的快速溫度測(cè)定的應(yīng)用中，測(cè)定溫度必須比樣品中的溫度改變快。特別地，未儲(chǔ)存在樣品池(sample cell)中的流動(dòng)氣體(即，氣體體積在其傳播方向的兩端不受限制)的測(cè)定必須在比其傳播速度快的時(shí)間尺度上測(cè)量。在溫度和濃度改變的流動(dòng)氣體的情況下，為了獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，溫度和濃度的測(cè)量可能無法依次進(jìn)行。這意味著溫度測(cè)定和濃度測(cè)定必須在相同的時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行。這樣的測(cè)量為多平行測(cè)量(multi-parallel measurement)。如果多平行測(cè)量在比溫度和/或濃度的1％改變更快的時(shí)間窗中完成，則其為實(shí)時(shí)測(cè)量。如果氣體在溫度或濃度方面連續(xù)改變并且通過多平行測(cè)量來檢測(cè)，則所述檢測(cè)是連續(xù)的。

相反，如例如Stepanov等描述的通過(i)排空樣品單元，(ii)填充樣品池，(iii)進(jìn)行測(cè)量以及以點(diǎn)(i)再次開始的順序測(cè)量程序不是連續(xù)測(cè)量(Stepanov，E.V，等；Optical Engineering；(1993)，32：2，361-367)。

在呼吸完全不均勻的呼出氣體的測(cè)量情況中，在2秒內(nèi)需要有至少4至10個(gè)精確溫度測(cè)量以追蹤單個(gè)呼吸樣品的溫度改變。根據(jù)單次測(cè)量的精度，必須在相同時(shí)間段內(nèi)增加測(cè)量的次數(shù)來增強(qiáng)統(tǒng)計(jì)以獲得必需的精度。

這由單次呼吸期間CO₂的濃度改變變得明顯。圖5中示出兩次連續(xù)呼吸的呼出氣體中CO₂吸收的過程。CO₂濃度的增加與呼吸期間溫度的增加成比例。

只有確切知道所測(cè)量分子的數(shù)量，或者確切知道樣品濃度和厚度，才可以由吸收峰的吸收強(qiáng)度測(cè)定溫度。在呼吸測(cè)量或流動(dòng)空氣測(cè)量的情況下，在任何時(shí)候這通常都不是精度好于1％的情況。因此，必須發(fā)現(xiàn)另外的方法來同時(shí)或者在可以忽略這些改變的時(shí)段內(nèi)測(cè)定(強(qiáng)烈)波動(dòng)的氣體樣品中分子的量和溫度。

可以嘗試通過評(píng)估兩個(gè)相鄰紅外吸收峰來測(cè)定未知?dú)怏w樣品的溫度。假定包含CO₂之氣體樣品的溫度并且測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)為J＝28和J＝30的兩個(gè)相鄰CO₂吸收峰信號(hào)(參見圖4；這些轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)為可以測(cè)定基礎(chǔ)紅外吸收帶(underlying infrared absorption band)的最高溫度依賴性強(qiáng)度改變的數(shù))。根據(jù)方程式6的朗伯-比爾定律聯(lián)系著吸收信號(hào)A_J和初始強(qiáng)度I₀以及紅外輻射通過樣品后的透射強(qiáng)度I。

消光系數(shù)ε在相同系列的轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)躍遷內(nèi)為恒量，d為樣品的厚度，并且c_J為具有量子數(shù)J的分子的濃度。

本文，該解釋限于能量差遠(yuǎn)高于204cm^-1的轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)躍遷(如上所述在室溫下觀察)以便可以忽略更高激發(fā)態(tài)的布居導(dǎo)致的誘導(dǎo)發(fā)射和激發(fā)截面減小。然而，這些考慮可以同樣地用于轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷和更低能量的躍遷。

氣體分子的濃度可以分成具有不同轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)J的子樣品。這些子樣品的濃度為c_J。這些子樣品的濃度分布由方程式7給出：

如果測(cè)量光譜分辨的吸收信號(hào)，則吸收線寬度函數(shù)下的面積直接為吸收信號(hào)。吸收線的峰高度可以通過由改變壓力、氣體組成或其他影響而導(dǎo)致的譜線增寬來調(diào)節(jié)。以光譜分辨的方式測(cè)量吸收線提供了最準(zhǔn)確的結(jié)果。

對(duì)于單個(gè)吸收線或吸收峰而言，溫度改變時(shí)的信號(hào)變化可以根據(jù)方程式8來計(jì)算：

用泰勒展開式，以下方程式9可以由方程式8獲得：

因此，根據(jù)方程式10，總濃度c_J，ges取決于溫度T和轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)J：

上述方程式表明吸收改變與總濃度改變c成正比。一些百分?jǐn)?shù)的小濃度改變將線性改變吸收信號(hào)。因此，濃度改變決定吸收信號(hào)改變，而溫度變化只起很小的作用(在合理限度內(nèi))。

因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，如果想要測(cè)定所測(cè)量的樣品氣體的溫度或者檢測(cè)溫度改變，則必需首先盡可能精確地測(cè)定總濃度c。當(dāng)測(cè)量期間的溫度和濃度恒定時(shí)，這可以通過在同一時(shí)間或相同時(shí)間段內(nèi)于相同體積中測(cè)定相同分子(例如，CO₂)的兩個(gè)吸收峰來進(jìn)行。假定這樣的條件，濃度和溫度必須恒定，并且需要至少兩次測(cè)量來確定溫度和/或濃度。

進(jìn)行這樣測(cè)量的一種方式是測(cè)定具有兩個(gè)不同轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)J的氣體的吸收峰。作為實(shí)例，可以使用轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)J＝28和J＝30的CO₂。通過掃描兩個(gè)相鄰吸收線的光譜區(qū)域，A_J＝28和A_J＝30的吸收在總CO₂濃度c和溫度T下測(cè)定。

兩種信號(hào)之比可以根據(jù)方程式11來計(jì)算：

所述比不再取決于濃度，因?yàn)閷?duì)于兩個(gè)吸收峰A_J＝28和A_J＝30而言，濃度是相同的并且所述比只遵循溫度依賴性。

然后，樣品氣體的溫度可以根據(jù)方程式12來計(jì)算：

在40℃的溫度下，將得到1.152802的A_J/A_J’比，而在40.1℃的溫度下，將得到1.152725的比。這相當(dāng)于～7＊10^-5的相對(duì)變化，并且1℃將產(chǎn)生～7＊10^-4的相對(duì)變化。

這樣的精度(如果存在)使用現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量技術(shù)非常難以獲得。因此，需要新方法來通過紅外光譜術(shù)精確地測(cè)量樣品氣體的溫度。本發(fā)明的一個(gè)目的是解決這一需求。

這一目的通過具有權(quán)利要求1特征的方法來實(shí)現(xiàn)。這樣的通過轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)帶躍遷的紅外光譜術(shù)測(cè)定紅外活性氣體溫度的方法包括后續(xù)所述的步驟。首先，將源自紅外光源的700cm^-1至5000cm^-1紅外光輻照至氣體上。然后，通過(或源自)測(cè)量所述氣體的第一紅外吸收帶獲得第一吸收相關(guān)參數(shù)，所述第一紅外吸收帶是由所述氣體的振動(dòng)模式的熱布居(thermal population)引起的熱帶(hot band)。同時(shí)或隨后，通過(或源自)測(cè)量所述氣體的第二紅外吸收帶獲得第二吸收相關(guān)參數(shù)。然后，計(jì)算所述第一吸收相關(guān)參數(shù)與所述第二吸收相關(guān)參數(shù)之間的比。

該方法的特征在于，使用所述比來測(cè)定氣體的溫度，其中選擇第一吸收帶(熱帶)和第二吸收帶使得所述比的相對(duì)改變?yōu)槊繗怏w開爾文溫度差至少0.5％。

在一個(gè)實(shí)施方案中，所述比的相對(duì)改變?yōu)槊繗怏w開爾文溫度差至少1％，特別地每氣體開爾文溫度差至少2％，特別地每氣體開爾文溫度差3％，特別地每氣體開爾文溫度差5％，特別地每氣體開爾文溫度差10％，特別地每氣體開爾文溫度差15％，特別地每氣體開爾文溫度差20％。在一個(gè)實(shí)施方案中，每氣體開爾文溫度差的比的相對(duì)變化在0.5％至25％的范圍內(nèi)或者在由任意前述百分?jǐn)?shù)構(gòu)建的范圍內(nèi)(例如，1％至20％等)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，第一吸收帶具有超溫度依賴性(super-temperature dependence)而第二吸收帶具有反溫度依賴性(anti-temperature dependence)。

在下文中，術(shù)語“溫度依賴性”定義如下：溫度依賴性和轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)躍遷的布居由玻爾茲曼分布控制。由于吸收的改變被立即用于通過吸收比來測(cè)定溫度，因此單獨(dú)吸收帶的溫度依賴性由不同溫度下的吸收比(即，在第一溫度下的吸收與第二溫度下的相同吸收之間的商)給出。該比的變化為相對(duì)溫度依賴性。下文中選擇兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)吸收帶A和B作為實(shí)例。

對(duì)于A(¹²CO₂)而言，轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)為J＝26，并且彎曲振動(dòng)量子數(shù)為v_B＝2。注意，這是熱帶。吸收由從量子數(shù)v_S＝0至v_S＝1的伸縮振動(dòng)的躍遷引起，因此轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)減少(P-分支)。該躍遷的能量為E＝1610.01360cm^-1。在T＝300K的溫度下，布居數(shù)(population)為N(300K)＝αexp(-(h c E)/(k_BT)＝α＊4.39＊10^-4。因數(shù)α為由方程式2導(dǎo)出的相同轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)J＝26的常數(shù)。在T＝301K的溫度下，布居數(shù)為N(301K)＝α＊4.52＊10^-4。由N(300K)/N(301K)＝0.971之比給出的吸收的相對(duì)改變的值為約3％。該相對(duì)改變非常大，并且可以通過單次吸收測(cè)量很好地測(cè)量。

相反，對(duì)于B(¹³CO₂)而言，轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)為J＝26，并且彎曲振動(dòng)量子數(shù)v_B＝0。這是正常轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)帶。吸收由量子數(shù)從v_S＝0至v_S＝1的伸縮振動(dòng)的躍遷引起，因此轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)增加(R-分支)。該躍遷的能量為E＝273.88100cm^-1。在T＝300K的溫度下，布居數(shù)為N(300K)＝αexp(-(h c E)/(k_BT)＝α＊0.2685。因數(shù)α為從方程式2導(dǎo)出的相同轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)J＝26的常數(shù)。在T＝301K的溫度下，布居數(shù)為N(301K)＝α＊0.26972。由N(300K)/N(301K)＝0.995的比給出的吸收之相對(duì)改變的值為約5‰。

因此，該實(shí)例示出具有遠(yuǎn)高于熱帶的布居的正常轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)躍遷(具有高溫度依賴性，參見圖4)，但是與具有超溫度依賴性的熱帶相比，具有正常溫度依賴性。

超溫度依賴性(熱帶)為這樣的溫度依賴性：具有比在相同J能級(jí)下正常轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)躍遷更強(qiáng)的溫度依賴性。更具體地，超溫度依賴性在以下情況下給出：?jiǎn)蝹€(gè)吸收帶的吸收中的相對(duì)改變?yōu)橹辽?.8＊10^-2，特別地至少1＊10^-2，特別地至少1.5＊10^-2，特別地至少2＊10^-2，特別地至少2.5＊10^-2，特別地至少5＊10^-2。在一個(gè)實(shí)施方案中，超溫度依賴性在以下情況下給出：?jiǎn)蝹€(gè)吸收帶吸收的相對(duì)變化在0.8＊10^-2至5＊10^-2的范圍或者可由前述最小相對(duì)改變構(gòu)建的任何其他范圍內(nèi)(例如，0.8＊10^-2至5＊10^-2等)。

作為實(shí)例，具有兩種彎曲振動(dòng)之熱布居的分子，CO₂的(J，v_伸縮)-＞(J+1，v_伸縮+1)躍遷的相對(duì)溫度依賴性比沒有彎曲振動(dòng)之熱布居的分子的相對(duì)溫度依賴性強(qiáng)得多。躍遷使CO₂的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)從0改變至1，并且使轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)從J改變至J+1，但使彎曲振動(dòng)保持不變。然而，布居彎曲振動(dòng)的分子(例如，2301.81cm^-1和E＝hc＊1610.0136cm^-1處的熱吸收帶)顯示出比沒有布居彎曲振動(dòng)(正常吸收帶)強(qiáng)多至百倍的相對(duì)吸收增加。

在超溫度依賴性的情況下，特定吸收帶的吸收隨溫度的升高而增加。

相反，在反溫度依賴性的情況下，特定吸收帶的吸收隨溫度的升高而降低。

反溫度依賴性可以在低或零轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)下轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)躍遷的正常吸收帶中觀察到。升高溫度通過減少低轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)的布居而導(dǎo)致更高轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)的熱布居。這些低轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)顯示出熱布居時(shí)減少布居，并因此表現(xiàn)出反溫度依賴性。布居的再分布由玻爾茲曼分布控制。

這樣，溫度變化以及溫度本身二者均可比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)檢測(cè)得快得多并且更精確?？捎盟霰瘸艘赃@樣的因數(shù)：對(duì)分析的氣體和選擇的吸收帶特定并且可通過簡(jiǎn)單的校準(zhǔn)測(cè)量測(cè)定或者可由人工(計(jì)算)光譜計(jì)算。該數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果為氣體的溫度。

所述方法可以同樣地用于純氣體和包含在氣體混合物中的特定氣體。

如上所述，客體的第一紅外吸收帶由熱帶(即熱布居的熱態(tài))引起，其中由于熱布居，振動(dòng)模式被激發(fā)。

文獻(xiàn)中存在熱帶的不同定義。Jellison等通過更低能態(tài)不為零的簡(jiǎn)單特性定義了熱帶。實(shí)際上，這個(gè)定義未起作用，因?yàn)樵?開爾文以上的溫度下，大多數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)狀態(tài)具有非零值能量。因此，本發(fā)明中將熱振動(dòng)帶或熱振動(dòng)狀態(tài)定義為這樣的能態(tài)，其中一種或更多種振動(dòng)是處在更低能態(tài)的熱布居。由于振動(dòng)的熱布居于室溫下存在并且布居特性由玻爾茲曼分布給出，因此大于2400cm-1的振動(dòng)成為熱布居的可能性可忽略不計(jì)。因此，約室溫的溫度下的熱布居通常被限于小于2400cm-1的振動(dòng)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，為獲得第一吸收相關(guān)參數(shù)所選擇的熱帶的吸收為2400cm^-1或更低，特別地2300cm^-1或更低，特別地2200cm^-1或更低，特別地2100cm^-1或更低，特別地2000cm^-1或更低，特別地1900cm^-1或更低，特別地1800cm^-1或更低，特別地1700cm^-1或更低，特別地1600cm^-1或更低，特別地1500cm^-1或更低，特別地1400cm^-1或更低，特別地1300cm^-1或更低，特別地1200cm^-1或更低，特別地1100cm^-1或更低，特別地1000cm^-1或更低，特別地900cm^-1或更低，特別地800cm^-1或更低，特別地700cm^-1或更低，特別地600cm^-1或更低，特別地500cm^-1或更低，特別地400cm^-1或更低。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱帶的吸收在400cm^-1至2400cm^-1的范圍或者可由前述最大吸收構(gòu)建的任何其他范圍內(nèi)(例如，500cm^-1至2300cm^-1等)。

從該狀態(tài)至更高能態(tài)的轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)躍遷(導(dǎo)致紅外吸收)改變了轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)和另一振動(dòng)狀態(tài)。通常地，光吸收之后改變的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)不是熱布居的振動(dòng)。然而，還可發(fā)生Q-帶躍遷。

第一紅外吸收帶和第二紅外吸收帶可通常由振動(dòng)模式引起。振動(dòng)模式為，例如，對(duì)稱伸縮模式、不對(duì)稱伸縮模式、剪切(彎曲)模式、面內(nèi)搖擺模式、面外搖擺模式或扭曲模式(后四種振動(dòng)也稱作變形模式)。根據(jù)其結(jié)構(gòu)，分子通?？梢砸运星笆瞿Ｊ秸駝?dòng)。通常地，具體模式在被紅外光激發(fā)時(shí)在紅外光譜中產(chǎn)生一個(gè)或更多個(gè)吸收帶。選擇所考慮的吸收帶的不同振動(dòng)模式意指，待測(cè)溫度之氣體的一個(gè)吸收帶例如由對(duì)稱伸縮模式的激發(fā)引起，而另一個(gè)例如由彎曲模式的激發(fā)引起。觀察到的吸收帶下面的不同振動(dòng)模式的任何組合都是可能的。由不同模式的激發(fā)所引起的吸收帶的溫度依賴性彼此不同。

熱帶的激發(fā)以從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)的躍遷為特征，其中所述第一狀態(tài)和第二狀態(tài)均不對(duì)應(yīng)于相應(yīng)振動(dòng)模式的基態(tài)。換言之，熱帶由包含另一種振動(dòng)模式之熱布居的狀態(tài)產(chǎn)生；這種狀態(tài)包括另外激發(fā)的伸縮振動(dòng)和/或變形振動(dòng)。熱帶表現(xiàn)出比普通紅外吸收帶顯著更高的溫度依賴性。然而，其布居密度比普通紅外吸收帶的布居密度小。由于其基礎(chǔ)振動(dòng)模式方面的不同起因，不同的熱帶通常具有不同的溫度依賴性。

檢測(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷優(yōu)選為不同躍遷系的轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷。這意味著其初始狀態(tài)在光吸收之后未改變的至少一個(gè)量子數(shù)上彼此不同。例如，紅外光吸收可以在第一檢測(cè)的振動(dòng)躍遷的情況中引起不對(duì)稱伸縮振動(dòng)的量子數(shù)從0至1的增加，并且同時(shí)引起轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)從J至J+1的增加。然而，彎曲振動(dòng)的量子數(shù)將保持為0。在來自另一個(gè)躍遷系的第二檢測(cè)的振動(dòng)躍遷情況下，紅外光吸收也將引起不對(duì)稱伸縮振動(dòng)的量子數(shù)從0至1的增加，并且同時(shí)引起轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)從J’至J’+1的增加。此外，彎曲振動(dòng)的量子數(shù)將保持為1。這樣的構(gòu)象(constellation)將對(duì)應(yīng)于熱帶，因?yàn)閺澢駝?dòng)已經(jīng)在初始狀態(tài)下被激發(fā)。

即使彎曲振動(dòng)的量子數(shù)將由于光吸收而從第一檢測(cè)振動(dòng)躍遷的0增加至1，但是前述構(gòu)象仍將對(duì)應(yīng)于熱帶，只要第二檢測(cè)的振動(dòng)躍遷的彎曲振動(dòng)不為0即可。

在一個(gè)實(shí)施方案中，通過將吸收線擬合為光譜函數(shù)有利于進(jìn)行吸收信號(hào)的精確測(cè)定。因此，所實(shí)現(xiàn)的精度非常普遍為約1＊10^-2。由于在具體時(shí)間窗口中進(jìn)行的單獨(dú)測(cè)量的統(tǒng)計(jì)平均，非?？焖俚臏y(cè)量允許更精確測(cè)定信號(hào)。如果測(cè)量時(shí)間可以減少，則可以使得在現(xiàn)有技術(shù)實(shí)驗(yàn)的相同測(cè)量時(shí)間內(nèi)可以進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均。用于測(cè)定光譜分辨吸收的實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)有技術(shù)時(shí)間范圍為約10ms(Stepanov等)，而用非常不尋常技術(shù)的非?？焖俚膶?shí)驗(yàn)使用在減壓下結(jié)合多普勒效應(yīng)測(cè)量的沖擊波(Arroyo等)可以獲得約200μs。

本發(fā)明的新方法允許在20μs內(nèi)，特別是在15μs內(nèi)，特別是在10μs內(nèi)，特別是在7μs內(nèi)，特別是在5μs內(nèi)，特別是在3μs內(nèi)，特別是在2μs內(nèi)，以及特別是甚至更快地測(cè)量小于20cm^-1，特別是小于15cm^-1，特別是小于10cm^-1，特別是小于7cm^-1，特別是小于5cm^-1，特別是小于3cm^-1，特別是小于2cm^-1的光譜窗的光譜分辨的吸收。在一個(gè)實(shí)施方案中，光譜窗在2cm^-1至20cm^-1的范圍或者可由前述窗的更高閾值構(gòu)建的任何其他范圍內(nèi)(例如，3cm^-1至15cm^-1等)。這從統(tǒng)計(jì)可以導(dǎo)致比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)報(bào)道的最快氣體溫度測(cè)定高十倍的準(zhǔn)確度。

使用沖擊波氣體制備和多普勒效應(yīng)測(cè)量的組合，在0.046atm的非常低壓力下測(cè)定氣體溫度的最佳靈敏度為±2K(Arroyo等)。需要明確規(guī)定密閉的樣品池的這樣復(fù)雜的方案不適于在開放樣品池內(nèi)測(cè)定流動(dòng)氣體。此外，測(cè)量不同氣體的順序過程將花費(fèi)數(shù)秒制備下一種氣體。

根據(jù)本發(fā)明的新方法能夠僅通過單次紅外吸收測(cè)量以更好的靈敏度測(cè)定流動(dòng)氣體的溫度。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，不需要參考池(如Stephanov等使用的)和/或另外的多普勒效應(yīng)測(cè)量(如Arroyo等使用的)。

超快光譜檢測(cè)可以通過與納秒電子數(shù)據(jù)讀出器(ns electronic data read-out)和納秒紅外檢測(cè)器聯(lián)合的激光脈沖的脈沖內(nèi)掃描來完成。用這種技術(shù)，通過使用具有反溫度依賴性和超溫度依賴性的一對(duì)2cm^-1內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)躍遷(參見圖6)的超快單次測(cè)量達(dá)到1/3K靈敏度。這種測(cè)定可以在測(cè)量期間不知道壓力、不知道濃度、不知道氣體組成、沒有固定樣品體積、沒有參考單元和/或沒有靜態(tài)氣體樣品的情況下進(jìn)行。

與樣品池必須清空、再填充、測(cè)量和再次清空的現(xiàn)有技術(shù)，即順序方法相反，我們的新方法以多平行方式測(cè)定溫度。通常以順序進(jìn)行的所有多個(gè)過程在同一時(shí)間進(jìn)行。這是實(shí)時(shí)測(cè)定。然而，使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的多平行方法更精確的測(cè)定是可能的?？梢詸z測(cè)到10‰和更好，特別地8‰和更好，特別地5‰和更好的相對(duì)溫度改變。

如上所述，所述方法不僅適于檢測(cè)氣體的溫度，而且適于檢測(cè)氣體中溫度隨時(shí)間的改變。

優(yōu)選地，使用傅里葉變換紅外(FTIR)光譜術(shù)或激光紅外光譜術(shù)作為紅外技術(shù)。然而，所述方法也以其他紅外技術(shù)工作，因?yàn)槠淅么郎y(cè)氣體的基本物理特性。

紅外活性氣體為由多于一個(gè)原子組成并且由不只兩個(gè)相同原子(例如，O₂、N₂和Cl₂不是紅外活性的，因?yàn)槟切怏w的振動(dòng)模式激發(fā)時(shí)沒有偶極變化)組成的所有氣體。CO₂為紅外活性氣體的一個(gè)實(shí)例。

在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)進(jìn)行所述方法時(shí)，氣體是靜止的或者以未指定的方式流動(dòng)。所述流動(dòng)可以是不穩(wěn)定的(erratic)、動(dòng)態(tài)的、規(guī)則的、不規(guī)則的、不連續(xù)的或脈沖的。對(duì)靜態(tài)或流動(dòng)氣體的空間和時(shí)間的唯一限制在于輻照(radiation)必須通過氣體。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)進(jìn)行所述方法時(shí)，氣體流過測(cè)量裝置(或者更確切地：流過測(cè)量裝置的測(cè)量室)。因此，所述方法非常適于通過流過測(cè)量測(cè)定氣體的溫度。本發(fā)明的方法可以與分析流過氣體的其他方法很好地組合。氣體流過測(cè)量裝置意味著樣品氣體在測(cè)量裝置的測(cè)量室的限定位置處的體積以高于每分鐘0升(升/分鐘)的速度改變。

在一個(gè)實(shí)施方案中，氣體以0.05升/分鐘或更快，特別地0.1升/分鐘或更快，特別地0.2升/分鐘或更快，特別地0.5升/分鐘或更快，特別地1.0升/分鐘或更快，特別地2.0升/分鐘或更快，特別地0.05升/分鐘至5.0升/分鐘以及非常特別地5.0升/分鐘或更快的速度流過測(cè)量裝置(或者更精確地：通過測(cè)量裝置的測(cè)量室)。

盡管本發(fā)明的方法適用于所有紅外活性氣體的溫度測(cè)定，在一個(gè)實(shí)施方案中，所述氣體為由人或動(dòng)物呼出的呼吸氣體的組分。通常地，由人或動(dòng)物呼出的呼吸氣體還包含如氧氣或氮?dú)獾募t外非活性氣體。所述動(dòng)物優(yōu)選為哺乳動(dòng)物，特別是靈長(zhǎng)類動(dòng)物、嚙齒動(dòng)物、偶蹄目、奇蹄目或食肉動(dòng)物。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述氣體為燃燒過程中(如在機(jī)動(dòng)車輛中或者在渦輪機(jī)中，在燃燒過程之前或者在燃燒過程之后)氣體、工業(yè)生物過程中(如沼氣廠中)氣體、工業(yè)化學(xué)過程中(如化學(xué)工業(yè)的合成過程中)氣體或者流動(dòng)監(jiān)控過程(streaming surveillance process)中(如氣體管道或氣體收集設(shè)備中)氣體。

在一個(gè)實(shí)施方案中，第一吸收相關(guān)參數(shù)和第二吸收相關(guān)參數(shù)中至少之一包括吸收、光譜分辨吸收的組合、線寬、光譜分辨線寬的組合、在測(cè)量值基礎(chǔ)上獲得的數(shù)學(xué)函數(shù)值和/或各自紅外吸收帶的曲線下面積。因此，第一吸收相關(guān)參數(shù)和第二吸收相關(guān)參數(shù)可為直接測(cè)量的值或者計(jì)算的值。他們可具有相同或不同性質(zhì)(例如，第一吸收相關(guān)參數(shù)可以為光譜分辨吸收的組合并且第二吸收相關(guān)參數(shù)可為線寬，或者兩種吸收相關(guān)參數(shù)均可為數(shù)學(xué)函數(shù)值)。

光譜分辨吸收的組合也可被稱作光譜。因此，以下在所要求保護(hù)的方法的范圍內(nèi)：測(cè)量特定光譜范圍內(nèi)的光譜，然后將其用于所述方法的另外步驟。

在一個(gè)實(shí)施方案中，輻照至氣體上的紅外光的光譜范圍可為例如800至4000cm^-1，特別地900至3000cm^-1，特別地1000至2500cm^-1，特別地1200至2400cm^-1，特別地1300至2300cm^-1，特別地1500至2200cm^-1的范圍。2200至2400cm^-1的范圍是特別優(yōu)選的。

在一個(gè)實(shí)施方案中，只進(jìn)行單次吸收測(cè)量以獲得第一吸收相關(guān)參數(shù)和第二吸收相關(guān)參數(shù)或者可以由其計(jì)算第一吸收相關(guān)參數(shù)和第二吸收相關(guān)參數(shù)的值或值的集合。這在保持其準(zhǔn)確度的同時(shí)顯著提高了整個(gè)方法的速度。例如，可在10納秒至10毫秒，特別地100納秒至1毫秒，特別地500納秒至50微秒以及非常特別地750納秒至10微秒的時(shí)間窗中測(cè)量?jī)蓚€(gè)或更多個(gè)吸收信號(hào)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，快速光譜測(cè)量可以通過以下選項(xiàng)中的至少一個(gè)來進(jìn)行，其中這些選項(xiàng)的任意組合都是可能的：

-脈沖內(nèi)掃描：在納秒或微秒激光脈沖內(nèi)連續(xù)轉(zhuǎn)移光譜范圍；

-用兩種光譜模式/區(qū)掃描激光器：可以制造具有不同光譜輸出區(qū)的激光器；

-使用兩種不同的激光器：可以同時(shí)使用兩種或更多種具有不同波長(zhǎng)的激光器；

-通過檢測(cè)來自躍遷和/或熱躍遷的特定峰的最大吸收使用兩種不同的激光源而不進(jìn)行光譜掃描；

-使用響應(yīng)時(shí)間快于100納秒的紅外檢測(cè)器；

-使用快于100納秒的電子數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)。

如果已知所測(cè)量的氣體的一般組成以及所述氣體的壓力，則測(cè)量?jī)蓚€(gè)光譜位置以測(cè)定吸收是完全足夠的，只要所選擇的吸收帶在這兩個(gè)光譜位置處顯示出對(duì)溫度的相似線寬依賴性即可。

為了實(shí)現(xiàn)所要求保護(hù)的方法的高準(zhǔn)確度，壓力變化和/或氣體組成的波動(dòng)對(duì)紅外吸收帶線寬的影響在一個(gè)實(shí)施方案中不超過相對(duì)線寬變化(通常相比較于最初測(cè)量的線寬)的25％，特別地10％，特別地5％，特別地2％并且非常特別地1％。

如果觀察到線寬的更大相對(duì)改變，或者在強(qiáng)基線變化或與其他吸收帶重疊的情況下，則用光譜分辨率測(cè)量并且測(cè)定吸收帶輪廓對(duì)高度可靠并且準(zhǔn)確結(jié)果變得可取或有必要。這樣，就檢測(cè)到了待檢吸收帶的光譜區(qū)內(nèi)的獨(dú)立數(shù)據(jù)點(diǎn)。然后，用所檢測(cè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合模型函數(shù)。隨后，測(cè)定相應(yīng)模型函數(shù)曲線下的面積。

在量子級(jí)聯(lián)激光器的情況下，如果其以脈沖模式操作，則由光源發(fā)出的光譜范圍自動(dòng)改變。還可能使用連續(xù)波(cw)激光器(例如，帶間級(jí)聯(lián)激光器，ICL)。在QCL的情況下，可以利用所謂的脈沖內(nèi)掃描。脈沖內(nèi)掃描因脈沖期間激光器介質(zhì)的加熱而形成。通過有利地選擇QCL的光譜范圍，由脈沖內(nèi)掃描產(chǎn)生的光譜偏移已經(jīng)足夠檢測(cè)期望吸收帶的紅外光譜。在這種情況下，測(cè)量的持續(xù)時(shí)間低至約100納秒。因此，溫度或溫度改變可以通過以如下所示的準(zhǔn)確度測(cè)量氣體或氣體混合物在例如1微秒內(nèi)的合適振動(dòng)躍遷來測(cè)定。

在一個(gè)實(shí)施方案中，用第一紅外吸收帶和/或第二紅外吸收帶的測(cè)量吸收值擬合模型函數(shù)以獲得第一吸收相關(guān)參數(shù)和第二吸收相關(guān)參數(shù)。這樣用測(cè)量值擬合模型函數(shù)進(jìn)一步提高了所要求保護(hù)的方法的準(zhǔn)確度，因?yàn)闇y(cè)量值的噪音可以通過使用合適擬合模型而有效地降低或抑制。雖然擬合曲線的確定性將隨待擬合的基礎(chǔ)值的質(zhì)量增加，但是已經(jīng)能夠通過使用單個(gè)吸收光譜作為后續(xù)曲線擬合的起點(diǎn)來獲得非?？煽康慕Y(jié)果。如果進(jìn)行快速光譜測(cè)量(例如，如上所述)，則可以在沒有顯著時(shí)間延遲的情況下對(duì)更高數(shù)量的測(cè)量進(jìn)行平均以致甚至更加精確的溫度測(cè)定是可能的。

在一個(gè)實(shí)施方案中，溫度的測(cè)定以時(shí)間分辨方式進(jìn)行。這樣，可以檢測(cè)所分析的氣體在微秒至毫秒內(nèi)溫度隨時(shí)間的改變。

在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法在5秒或更短內(nèi)，特別地在2秒或更短內(nèi)，特別地在1秒或更短內(nèi)，特別地在750毫秒或更短內(nèi)，特別地在1毫秒或更短內(nèi)進(jìn)行，其中500納秒至5秒，特別地750納秒至2秒，特別地500納秒至5微秒的時(shí)間窗是特別優(yōu)選的。因此，所要求保護(hù)的方法也可表示為紅外活性氣體或氣體混合物的超快光學(xué)溫度測(cè)定。

在一個(gè)實(shí)施方案中，溫度或溫度變化以5℃或更好，特別地2℃或更好，特別地1℃或更好，特別地0.5℃或更好，特別地0.3℃或更好，特別地0.2℃或更好，特別地0.1℃或更好并且非常特別地0.01℃或更好的準(zhǔn)確度進(jìn)行測(cè)定。

在一個(gè)實(shí)施方案中，另外測(cè)定氣體的濃度。這可通過使用方程式6來進(jìn)行。本文，必須考慮樣品室的尺寸和所測(cè)量氣體的體積。因此，所述方法允許所述氣體準(zhǔn)確的濃度測(cè)定能夠以1％/體積或更好，特別地0.1％/體積或更好，特別地0.01％/體積或更好的準(zhǔn)確度檢測(cè)濃度。優(yōu)選地，可以以10^-2或更好，特別地10^-3或更好，特別地10^-4或更好的準(zhǔn)確度檢測(cè)相對(duì)濃度變化。如果已知或另外測(cè)定(例如，通過使用肺活量計(jì))氣體流動(dòng)速率，則可以準(zhǔn)確地測(cè)定所分析的氣體混合物中某種氣體物質(zhì)的總氣體量。

在一個(gè)實(shí)施方案中，選擇第一紅外吸收帶和第二紅外吸收帶使得第一紅外吸收帶和第二紅外吸收帶之一的吸收隨氣體溫度的升高而增加(超溫度依賴性)，而第一紅外吸收帶和第二紅外吸收帶的另一個(gè)吸收隨氣體溫度的升高而降低(反溫度依賴性)。這種反方向上的溫度依賴性進(jìn)一步提高了所要求保護(hù)的方法的準(zhǔn)確度，因?yàn)榧?xì)微的溫度差導(dǎo)致用于測(cè)定氣體的溫度的比的相當(dāng)高的偏差。

在一個(gè)實(shí)施方案中，第一紅外吸收帶具有第一中間(或平均或中央或中心)位置(medium position)并且第二紅外吸收具有第二中間(或平均或中央或中心)位置，其中第一中間位置與第二中間位置之間的距離為0.5cm^-1至1000cm^-1。為了避免強(qiáng)重疊信號(hào)，有利的是在低壓力下或者在氣體吸收信號(hào)的總密度低的光譜區(qū)中(例如，3000cm^-1和2350cm^-1之間)測(cè)量。

在一個(gè)實(shí)施方案中，使用單個(gè)激光器作為光源，其中所述激光器可以被調(diào)諧以使得其可以測(cè)量第一中間位置和第二中間位置二者。優(yōu)選地，所述激光器的可調(diào)諧性在0.5cm^-1至60cm^-1的范圍內(nèi)，特別地1cm^-1、2cm^-1、6cm^-1或20cm^-1或者其周圍，或者在這些值之間的任何范圍內(nèi)。

還可能使用兩個(gè)光源和兩個(gè)檢測(cè)器，因?yàn)橄鄳?yīng)的檢測(cè)可以在所述檢測(cè)器的位于納秒范圍內(nèi)的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)完成。

本文中所公開的所有實(shí)施方案可以以任何期望的方式組合。

現(xiàn)在將參考附圖和相應(yīng)的實(shí)施方案更詳細(xì)地解釋本發(fā)明的方面。在所述圖中：

圖1示出了¹²CO₂和¹³CO₂的轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)光譜，

圖2示出了轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)吸收最大值作為轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)之函數(shù)的圖解敘述，

圖3示出了CO₂不對(duì)稱伸縮帶的轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)吸收光譜的溫度依賴性的圖解敘述，

圖4示出了根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)的強(qiáng)度改變的圖解敘述，

圖5示出了兩次連續(xù)呼吸的呼出氣體中¹²CO₂和¹³CO₂的轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)光譜，并且

圖6示出了根據(jù)溫度計(jì)算的¹²CO₂的紅外吸收光譜。

圖1至5表示現(xiàn)有技術(shù)并且已經(jīng)在本說明書的前言部分進(jìn)行討論以更好地理解本發(fā)明之下的問題，并且表示本領(lǐng)域技術(shù)人員無需本發(fā)明的知識(shí)就可想到的解決方案。

圖6現(xiàn)在將對(duì)關(guān)于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案進(jìn)行解釋。

如上所述(參見方程式1)，在室溫下分子可以得到204cm^-1的熱能。因此就轉(zhuǎn)動(dòng)而言，許多分子已處于激發(fā)態(tài)(熱態(tài))。根據(jù)玻爾茲曼分布，這些狀態(tài)被布居。

如果現(xiàn)在觀察示出不同溫度依賴性的相同分子的至少兩個(gè)吸收帶之比，則所述分子的溫度可以由該比直接且準(zhǔn)確地測(cè)定。

當(dāng)觀察可視為兩倍溫度依賴性的熱帶時(shí)，準(zhǔn)確度甚至可以增加。一方面，振動(dòng)躍遷的整個(gè)吸收帶示出紅外吸收隨溫度升高而改變(特別是增加)。另一方面，構(gòu)成整個(gè)吸收帶的單個(gè)吸收帶(其有時(shí)也稱作吸收線)隨溫度變化而改變其強(qiáng)度。整個(gè)吸收帶和單個(gè)吸收帶或吸收線兩者包括在本文使用的術(shù)語“吸收帶”中。

在本實(shí)施方案中，考慮了¹²CO₂的兩個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立吸收帶來計(jì)算其面積(A_x)之比作為吸收相關(guān)參數(shù)。如果考慮兩個(gè)帶，則所述比可為A₁∶A₂或A₂∶A₁。如果考慮三條線，則所述比可為例如A₁∶A₂∶A₃或A₁∶A₂或A₁∶A₃或A₂∶A₃。優(yōu)選地，選擇考慮具有最不一致的溫度依賴性的那些線。由于這些吸收帶通常在各自光譜中非?？拷舜说某霈F(xiàn)，因此可以在非常短的時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。優(yōu)選地，使用相鄰吸收帶。

圖6示出了在正常壓力和1mm的路徑長(zhǎng)度(d)下3％/體積的濃度(c)下¹²CO₂吸收的模擬(這方面參見方程式6)。單獨(dú)模擬的溫度在273K(0℃)與333K(60℃)之間變化。

中間(最強(qiáng))吸收帶(R-分支no.0)的吸收在將溫度升高至60℃時(shí)降低至0℃計(jì)算的初始值的約78％(反溫度依賴性)。其他吸收帶(R-分支no.17和18的熱帶)的吸收通過將溫度升高至60℃增加至0℃計(jì)算的初始值的約158％(超溫度依賴性)。通過計(jì)算中間吸收帶和任一側(cè)邊的帶的曲線下面積(這些面積是吸收相關(guān)參數(shù)的實(shí)例)并且通過隨后計(jì)算所述面積之比，明顯的是面積之比改變了約3.3％/開爾文。

因此，該光譜范圍適于通過進(jìn)行單次測(cè)量(沒有平均數(shù)次測(cè)量)以及后續(xù)將測(cè)量數(shù)據(jù)擬合為模型函數(shù)以超快方式檢測(cè)小于1/3K的溫差或偏差。