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FX2000 在紫外差分吸收光譜技術(shù)中的應(yīng)用
▌FX2000 在紫外差分吸收光譜技術(shù)中的應(yīng)用
基于光纖光譜儀及紫外差分吸收光譜技術(shù)的煙氣排放檢測方案對污染氣體的吸收光譜表征
紫外差分吸收光譜技術(shù) 大氣污染 光纖光譜儀 氣體濃度檢測 CEMS 煙氣在線分析系統(tǒng)
【概述】利用 CEMS 煙氣在線分析（監(jiān)控）系統(tǒng)監(jiān)測排放煙氣中的 SO2/NOx 含量情況，是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動分析優(yōu)化和監(jiān)管污染氣體排放的重要方法?；诠饫w光譜儀的紫外差分吸收光譜（DOAS）技術(shù)因其測量精度高、響應(yīng)快速，已成為污染氣體監(jiān)測研究的熱點，是實現(xiàn) CEMS 煙氣在線分析系統(tǒng)的理想選擇。
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| 圖1，基于光纖光譜儀的煙氣排放連續(xù)檢測方案 |
圖1 是基于光纖光譜儀及 紫外差分吸收光譜技術(shù) 所搭建的氣體濃度檢測裝置原理示意圖。測試時，將氣體鋼瓶內(nèi)的氣體經(jīng)過流量計和壓力閥等進入氣體腔室，脈沖氙燈或氘燈發(fā)出的光經(jīng)過光纖進入氣體腔室，經(jīng)過待測氣體后進入光纖并傳遞至光纖光譜儀中，得到氣體的吸收光譜，而后通過相關(guān)算法進行數(shù)據(jù)處理，從而得到待測氣體的濃度。
【樣品 & 測試】紫外差分吸收光譜（DOAS）技術(shù)是利用了待測氣體的濃度和紫外-可見光譜波段的光強值存在著一定的數(shù)量關(guān)系，從而檢測出待測氣體的種類和氣體的濃度值。將光源透射光強與原始光強值作對比，得到對比的吸收度，利用多項式擬合出一條吸收度慢變化曲線，然后將慢變化曲線從吸收度中減去，得到差分吸收度的信號，并將其與現(xiàn)實中測量得到的標(biāo)準(zhǔn)分子的吸收截面進行擬合，獲得氣體的濃度測量值。
【樣品 & 測試】紫外差分吸收光譜（DOAS）技術(shù)是利用了待測氣體的濃度和紫外-可見光譜波段的光強值存在著一定的數(shù)量關(guān)系，從而檢測出待測氣體的種類和氣體的濃度值。將光源透射光強與原始光強值作對比，得到對比的吸收度，利用多項式擬合出一條吸收度慢變化曲線，然后將慢變化曲線從吸收度中減去，得到差分吸收度的信號，并將其與現(xiàn)實中測量得到的標(biāo)準(zhǔn)分子的吸收截面進行擬合，獲得氣體的濃度測量值。
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| 圖2，二氧化硫及氮氧化物的吸收截面 |
每種氣體都在特定波段存在明顯的吸收特征，測量波長的選擇決定了能否利用所測量的特征光譜準(zhǔn)確的計算出氣體的濃度。吸收截面測量的準(zhǔn)確性決定了測量待測氣體濃度的精度。如 圖2 所示，SO2 在 200~230nm 和 280~310nm 段存在明顯的吸收特征，NO 在 200~230nm 段存在明顯的吸收特征。其中 SO2 相鄰峰峰的波長間隔約為 1.85nm，峰谷的平均波長間隔約為 0.8nm，NO 相鄰峰峰的波長間隔約為 10nm，吸收峰的峰瓣約為 2nm。因此，光纖光譜儀作為光譜探測的關(guān)鍵部件，在煙氣檢測過程中，必須具有模塊化、體積小、靈活性高、測量速度快、穩(wěn)定性高、信噪比高、成本低、波段可選、分辨率高等優(yōu)點。
【總結(jié)】復(fù)享光學(xué)的 高速光纖光譜儀 FX2000，選用的 Richardson 閃耀光柵，靈敏度提升 20%，雜散光降低 50%，具有較高的信噪比、紫外靈敏度和光學(xué)分辨率，是一款綜合性能*的光譜儀。其中，F(xiàn)X2000L+ 光譜儀的高靈敏度和紫外探測特性更為明顯，是實現(xiàn) CEMS 煙氣在線分析（監(jiān)控）系統(tǒng)的優(yōu)先選擇。面陣背照式光纖光譜儀 PG2000-Pro 采用 Hamamatsu 面陣背照式 CCD，相比普通光譜儀，其紫外靈敏度提升約 7 倍，提供了均衡的靈敏度和較高的分辨率和信噪比，在 CEMS 煙氣在線分析（監(jiān)控）系統(tǒng)中可以更好的提高系統(tǒng)的靈敏度和準(zhǔn)確性。我們將復(fù)享光學(xué)的光纖光譜儀用于 NO 和 SO2 的氣體檢測中，采用 Morpho 光譜軟件獲取吸光度數(shù)據(jù)。圖3 為實驗獲取的 NO 單一氣體及混合氣體（NO 和 SO2）的吸收光譜。其中，NO 單一氣體的濃度較低，為 10 mg/m3，混合氣體中，SO2 為 5.1ppm，NO 為 20.5ppm（注，1ppm=1000mg/m3）。
【總結(jié)】復(fù)享光學(xué)的 高速光纖光譜儀 FX2000，選用的 Richardson 閃耀光柵，靈敏度提升 20%，雜散光降低 50%，具有較高的信噪比、紫外靈敏度和光學(xué)分辨率，是一款綜合性能*的光譜儀。其中，F(xiàn)X2000L+ 光譜儀的高靈敏度和紫外探測特性更為明顯，是實現(xiàn) CEMS 煙氣在線分析（監(jiān)控）系統(tǒng)的優(yōu)先選擇。面陣背照式光纖光譜儀 PG2000-Pro 采用 Hamamatsu 面陣背照式 CCD，相比普通光譜儀，其紫外靈敏度提升約 7 倍，提供了均衡的靈敏度和較高的分辨率和信噪比，在 CEMS 煙氣在線分析（監(jiān)控）系統(tǒng)中可以更好的提高系統(tǒng)的靈敏度和準(zhǔn)確性。我們將復(fù)享光學(xué)的光纖光譜儀用于 NO 和 SO2 的氣體檢測中，采用 Morpho 光譜軟件獲取吸光度數(shù)據(jù)。圖3 為實驗獲取的 NO 單一氣體及混合氣體（NO 和 SO2）的吸收光譜。其中，NO 單一氣體的濃度較低，為 10 mg/m3，混合氣體中，SO2 為 5.1ppm，NO 為 20.5ppm（注，1ppm=1000mg/m3）。
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| 圖3，實驗測試待測氣體的吸收光譜 |
基于復(fù)享光學(xué)光譜儀的紫外差分吸收光譜（DOAS）煙氣排放連續(xù)檢測方案，具有測量準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性強，紫外靈敏度高等優(yōu)點。此外，光譜儀的 SDK 軟件開發(fā)包為方案的實施提供了強有力的幫助，為科研領(lǐng)域及工業(yè)領(lǐng)域的煙氣檢測設(shè)備研發(fā)及基礎(chǔ)研究提供了至關(guān)重要的作用。▌
【參考文獻】
? 梅魏鵬. 基于紫外差分光譜的 SO2、NOX 混合氣體的檢測算法研究. Diss. 重慶大學(xué), 2014. Link
? 梅魏鵬. 基于紫外差分光譜的 SO2、NOX 混合氣體的檢測算法研究. Diss. 重慶大學(xué), 2014. Link
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