差分吸收光谱技术在环境检测中的应用研究

紫外烟气综合分析仪采用的紫外差分吸收光谱技术是如何实现测量的青岛众瑞便携式紫外烟气综合分析仪（H款，热湿法）采用紫外差分吸收光谱技术测量烟气中的SO2、NO、NO2和NH3，其中紫外差分吸收模块在热湿状态下进行测量，避免除水造成的烟气组分损失。

紫外差分吸收光谱技术原理：当紫外-可见连续光谱经过含有被测污染气体的样气时，特定波长光能被样气中的污染气体吸收，光的吸收（吸光度）与污染气体浓度呈正比，采用光谱分析和化学计量学方法建立起实验室标定吸光度和污染气体浓度之间的经验曲线，根据现场被测样气的吸光度实时计算样气中污染气体浓度。

在实际测量中，不仅存在气体分子对光的吸收，还存在瑞利散射、米氏散射等对光的衰减作用，差分吸收的基本思想是将气体分子的吸收截面分为两个部分，一是随波长作缓慢变化的宽带光谱结构，即低频部分，二是随波长作快速变化的窄带光谱结构，即高频部分。

DOAS方法利用吸收光谱的高频部分计算得出气体浓度。

由于DOAS方法分析的是吸收光谱的高频部分，而水汽、烟尘和其他一些成分的吸收光谱均属于低频，因此DOAS技术可以有效地去除水汽、烟尘等对测量结果的影响，使测量结果可以更准确、更稳定、更可靠。

同时，由于每种气体分子都有其特征吸收光谱，使得DOAS可以同时测量多种气体组分。

青岛众瑞便携式紫外烟气综合分析仪（H款，热湿法）采用紫外差分吸收光谱技术测量烟气中的SO2、NO、NO2和NH3，可选O2、CO、CO2、H2S传感器测量气体浓度，不受烟气中水蒸气影响，具有较高的测量精度和稳定性，特别适合高湿低硫工况测量。

整机采用一体便携式设计，采样管和主机为一体，携带方便。

可供环境监测部门对各种锅炉排放的气体浓度、排放量进行检测，也可应用于工矿企业进行各种有害气体浓度的测量。

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光学分析技术在环境监测中的作用前景如何在当今社会，环境问题日益严峻，对环境进行有效的监测成为了保障人类生存和发展的重要任务。

而在众多的环境监测技术中，光学分析技术以其独特的优势逐渐崭露头角。

那么，光学分析技术在环境监测中的作用前景究竟如何呢？光学分析技术是一类基于物质与光相互作用而建立的分析方法。

它利用光的吸收、发射、散射、折射、反射等特性，对环境样品中的各种物质进行定性和定量分析。

与传统的环境监测方法相比，光学分析技术具有许多显著的优点。

首先，光学分析技术具有很高的灵敏度。

能够检测到极低浓度的污染物，这对于早期发现环境中的潜在威胁至关重要。

例如，利用荧光光谱技术可以检测到痕量的有机污染物，其检测限甚至可以达到纳克甚至皮克级别。

其次，光学分析技术具有良好的选择性。

通过选择合适的光源和检测波长，可以针对特定的污染物进行准确的测定，减少其他物质的干扰。

这使得在复杂的环境样品中能够精准地识别和定量目标污染物。

再者，光学分析技术通常具有快速的分析速度。

能够在短时间内完成大量样品的检测，为环境监测提供及时的数据支持。

这对于应对突发环境事件和进行大规模的环境调查具有重要意义。

在环境监测的各个领域，光学分析技术都发挥着重要的作用。

在大气环境监测中，差分光学吸收光谱技术（DOAS）可以用于监测大气中的气态污染物，如二氧化硫、氮氧化物等。

通过对这些污染物在特定波长处的吸收特性进行分析，可以实时获取其浓度信息，为大气污染的防治提供依据。

激光雷达技术则可以对大气中的颗粒物进行监测，能够测量颗粒物的浓度、粒径分布以及垂直廓线等参数，有助于深入了解大气颗粒物的传输和扩散规律。

在水环境监测方面，紫外可见分光光度法是一种常用的光学分析技术。

它可以用于测定水中的化学需氧量（COD）、总磷、总氮等指标，反映水体的污染程度。

荧光光谱技术可以检测水中的有机污染物，如多环芳烃、农药等。

此外，拉曼光谱技术也逐渐应用于水环境监测，能够分析水中的无机物和有机物的结构和组成。

差分光学吸收光谱（Differential Optical Absorption Spectroscopy, DOAS）是一种先进的环境监测技术，用于测量大气中痕量气体的浓度。

其基本原理基于不同气体分子在特定波长范围内对太阳光或人工光源的特征吸收现象，并通过比较测量光谱与参考光谱之间的差异来确定目标气体的浓度。

DOAS技术的工作流程包括以下步骤：
光源：使用自然光（如日光）或人造光源发出连续的紫外至可见光谱范围内的光。

光路传输：光线穿过待测的大气层，在这个过程中，气体分子会根据自身的吸收特性吸收部分特定波长的光。

光谱采集：通过望远镜、光纤或其他光学系统收集穿过大气后到达地面或反向散射回来的光信号，并聚焦到光谱仪入口狭缝。

光谱分析：光谱仪将接收到的光信号转换为电信号，然后进行分光和探测，得到连续的光谱数据。

差分处理：根据Lambert-Beer定律计算并分析每个波长点处的光强变化。

通过对测量光谱和背景/清洁空气光谱进行数学上的差分运算，提取出目标气体特有的窄带吸收结构，消除宽谱吸收和其它非目标气体的影响。

反演算法：应用差分吸收光谱反演算法，解算出沿光路路径上目标气体的平均浓度。

DOAS技术的优势在于：
非接触式测量，不受采样器影响。

可实时检测多种气体，具有较高的灵敏度和准确性。

能够有效抑制背景噪声和多组分混合气体干扰。

适用于远程测量，获取较大区域内的平均气体分布信息。

这项技术广泛应用于空气质量监测、环境污染源排放监测、大气化学研究以及环境保护等领域。

简答题：1、什么是完全抽取法？它有何优点？答：完全抽取法是采用专用的加热采样探头将烟气从烟道中指取出来，经过伴热传输，使烟气在传输中不发生冷凝，烟气传输到烟气分析机拒后进行除尘、除湿等处理，然后进入分析仪进行分析检测。

完全抽取法也叫直接抽取法。

其优点是：①干基测量，可以直接测得干烟气中污染物含量；②由于烟尘和水蒸汽已经从样品中去除，所以分析仪的测量精度高。

其缺点是：①样品气体需要伴热，保温传送（温度保持在140-160°C之间）；②样品气体需要降温、除水等预处理；③在高硫分场合有酸冷凝的可能，采样和预处理部件需要防腐蚀；④采样流量较大（一般＞2L/min），过滤器易堵塞，需要定期进行反吹。

第一章2、固定污染源连续监测的采样方式主要有哪些？答：采样方式分为抽取采样法和直接测量法两种。

抽取采样法又分为直接抽取法和采样稀释法；直接测量法又分为内置式测量和外置式测量。

3、直接抽取法中的前处理方式和后处理方式的优缺点？答：直接在探头后降低烟气温度低于环境温度并除湿的方式称为前处理方式。

其优点：烟气经处理后能更灵活地选择分析仪；探头后除水，不需要加热采样管。

其缺点：探头后处理烟气对处理系统进行维护时不太方便；可在探头上降温、除湿，使探头变得复杂；传输距离远使样品气体浓度变化，造成测量误差。

在气体进入分析仪之前对烟气进行净化、降温、除湿的处理方式称为后处理方式。

其优点：便于人员检查处理系统。

其缺点：但须使整个采样管保持适当的温度。

4、直接抽取式CEMS中电子制冷器的原理？答：在两个不同导体组成的回路中通电时，一个接头吸热，另一个接头放热，这是珀尔帖效应。

改变输入直流电源的电流强度，就可以调整制冷或制热的功率。

同时通过改变直流电源的极性，就能使热量的移动方向逆转，从而达到任意选择制冷或制热的目的。

5、直接抽取式CEMS中隔膜泵的原理？答：隔膜泵的工作原理是机械冲程活塞或由连续棒移动活塞。

隔膜往复运动，短脉冲方式移动气体，当隔膜上升，气流从下通过吸气阀进入泵的内腔；当隔膜被推下时，吸气阀关闭同时排气阀打开，气体进入采样管。

大气污染物遥测技术综述摘要：本文综述了国内外遥测大气污染的研究现状，介绍了大气污染物遥测的多种方法及特点。

对各种方法存在的问题和大气污染遥测技术的发展趋势进行了讨论，指出在大气污染物监测领域中主被动相结合、各种数据处理方法相融合是今后大气污染物遥测技术的重要研究方向。

关键词：遥测大气污染物激光雷达随着工业的发展，城市的环境污染问题越来越严重，大气污染更是主要问题。

大气污染指人类活动和自然过程造成某些物质进入大气，达到一定浓度，对人体产生了危害。

遥测技术具有监测范围广、速度快、非接触，且便于进行长期的动态监测等优势，是传统方法不可比拟的。

它不仅可以快速、实时、动态、省时省力地监测大范围的大气污染，也可以应用于突发性大气环境污染事件的监测，在一定的技术改装的条件下，还可以应用于化学战剂的识别与定量。

因此，大气污染的遥测技术已经成为大气污染监测的重要手段。

1 大气污染遥测技术1.1 差分光学吸收光谱技术差分光学吸收光谱技术针对大气中污染气体存在特征吸收波长为基础，通过特征光谱计算污染气体浓度的。

差分光学吸收光谱技术已应用于大气污染的监测中。

George Mount等人[1]在WSU农场利用DOAS技术在温度为11～21°的条件下，对NH3、SF6进行了监测并得到30～75μg/m3的检出范围；John G.Murphy等人[2]采用多光路可调谐激光结合线阵CCD、望远系统实时监测大气污染，并成功应用于工业厂房污染监测系统中；中国科学院安徽光学精密机械研究所刘清文，谢品华等人[4-7]一直从事该项技术的研究与应用，先后应用DOAS方法对SO2、NO2、NO、NH3、单环芳香烃有机物做出测量，实验值与实际值有较好的吻合；厦门大学物理学系周海光，陈波等人[8,9]利用DOAS技术监测大气污染物NO2在厦门地区的分布及其浓度。

1.2 差分吸收激光雷达技术激光雷达(Lidar)是主动光学遥测的。

在大气遥测中，差分激光雷达技术(DIAL)是通过两波长不同的激光作光源，沿着同一途径交替传输，被监测的气体对一束光强烈吸收，而另一束几乎不吸收；因光受颗粒散射的截面大小主要由光的波长决定，气体分子和气溶胶对这两束光具有基本相同的散射能力，因此，获得这两束反射光的强度差即可确定气体的平均浓度。

紫外差分分析仪在烟气超低排放监测中的应用随着环境污染问题日益严重，人们对于烟气排放的监测和控制需求也越来越高。

为了实现烟气超低排放监测，紫外差分分析仪成为了一种重要的分析工具和设备。

本文将介绍紫外差分分析仪在烟气超低排放监测中的应用。

紫外差分分析仪是一种基于紫外光谱原理的分析设备，它能够通过测量烟气中物质的吸收光谱来定量分析其中的污染物含量。

相比于传统的湿法分析方法，紫外差分分析仪具有快速、准确、无需样品前处理等优点，因此被广泛应用于烟气超低排放监测。

在烟气超低排放监测中，紫外差分分析仪可以用来检测多种重要的污染物，如二氧化硫、氮氧化物等。

以二氧化硫为例，紫外差分分析仪通过测量烟气中SO2分子在紫外光区的吸收强度来确定其浓度。

它不仅可以实时监测烟气中二氧化硫的排放情况，还可以对各个排放源的二氧化硫排放进行精细化管理。

与传统的分析方法相比，紫外差分分析仪具有以下优势：1.快速准确：紫外差分分析仪采用非接触式测量方式，不需要取样和前处理，测量速度快、准确度高。

2.多功能性：紫外差分分析仪可同时测量多种污染物，可应用于不同的烟气排放监测需求。

3.在线监测：紫外差分分析仪可实现在线监测，及时发现烟气排放异常情况，进行及时调整或治理。

4.操作简便：紫外差分分析仪的操作简单，只需进行简单的设置和校准即可使用，不需要复杂的技术支持。

5.可靠性高：紫外差分分析仪采用高精度的光学元件和控制系统，具有良好的可靠性和稳定性。

紫外差分分析仪在烟气超低排放监测中具有重要的应用价值。

它能够快速准确地监测烟气中各种污染物的含量，为烟气治理提供可靠的数据支持。

未来，随着技术的不断进步和应用广泛，紫外差分分析仪在烟气超低排放监测中的地位将愈发重要。

近代以来，随着社会经济的发展，大气污染逐渐成为人们关注的问题。

随着近年来环境问题的日益严重，人们迫切需要一种有效的方法检测并改善空气污染状况。

对于空气污染的检测，我们先简单介绍下传统检测方法，然后介绍现代光学检测技术及其国内外发展状况，最后就差分吸收光谱技术检测法展开具体讨论，介绍它的基本原理，并设计具体的光学检测系统。

一、传统检测方法传统检测空气污染的系统大多是点式检测系统，即针对特定的污染物用特定的检测方法去检测。

现代检测系统最核心的传统检测方法有：的检测方法：常用的方法为不分光红外法。

仪器的工作原理是基1）CO和CO2于检测CO和CO2对红外线的选择性吸收，分别在不同的吸收波长测定其吸光度，光吸收的大小与气体的浓度呈线性关系，从而通过测量出透过检测系统的光强度大小便可测定气体的含量。

2）挥发发性有机物(VOC)的检测方法（苯、甲苯、二甲苯、二氯乙烷、四氯化碳、四氯乙烯、三氯乙烯、丙酮等）：气相色谱法。

即用气体作为流动相的色谱法。

这是国家规定的标准检测方法，得出结果较慢，但是测量的数据具有可信性和仲裁权威。

3）甲醛的检测方法：现场检测一般采用恒电位电解法，被测气体在特定的电位下分解，通过检出其生成电流的方法检测被检气体的含量。

而实验室检测采用的方法一般是化学试剂检测法或者气相色谱和液相色谱法。

4）氨的检测方法：化学试剂检测法或者电解法。

如靛酚蓝分光光度法、钠氏试剂分光光度法、次氯酸钠一水杨酸分光光度法和离子选择电极法。

5）臭氧的检测方法：第一是紫外光度法⋯。

本方法采用紫外吸收式臭氧分析仪测量环境空气中臭氧的浓度。

该仪器的工作原理是基于臭氧吸收254 nm波长紫外光，由检测器检测光能强度，再通过模拟转换为臭氧浓度。

第二是靛蓝二磺酸钠分光光度法。

该方法的原理是空气中的臭氧在磷酸盐缓冲剂存在下，与吸收液中蓝色的靛蓝二磺酸钠等摩尔反应，褪色生成靛红二磺酸钠，在610 nm 处测量吸光度。

第三是化学发光法。