紫外差分吸收法原理
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烟气紫外差分光谱法原理干扰因素
烟气紫外差分光谱法的原理是利用吸收分子在紫外到可见光段的特征吸收来研究大气层的痕量气体成分。
然而,在实际应用中,可能会受到一些干扰因素的影响,包括:
1. 颗粒物散射:烟气中的颗粒物会对紫外光产生散射作用,从而影响差分吸收光谱的测量结果。
2. 气体浓度波动:烟气中气体浓度的波动可能会影响紫外差分光谱的测量精度。
3. 仪器误差:紫外差分光谱仪本身可能存在误差,如光路准直、光强稳定度等,这些因素会影响测量结果。
4. 环境因素:温度、湿度、压力等环境因素的变化可能会影响烟气的成分和浓度,从而影响紫外差分光谱的测量结果。
为了减小这些干扰因素,可以采取以下措施:
1. 在采样时尽可能减少颗粒物进入采样系统。
2. 采用在线校准方法来修正气体浓度波动对测量结果的影响。
3. 对紫外差分光谱仪进行定期维护和校准,以确保其测量精度。
4. 在采样时记录环境因素,以便对测量结果进行修正。
GBT 37186标准解读01方法对比及监测现场常见问题及注意事项0201 GBT 37186-2018标准解析山东省关于紫外法的地方标准本标准规定了采用紫外差分吸收光谱法测定气体中二氧化硫和氮氧化物的方法。
本标准适用于标准气体、工业气体、环境空气等气体中二氧化硫和氮氧化物的测定。
二氧化硫测定范围为(0.2~5000)mg/m3,一氧化氮测定范围为(0.3~5000)mg/m3,二氧化氮测定范围为(2~5000)mg/m3。
氮氧化物的定义:本标准中“氮氧化物”仅包括“一氧化氮”和“二氧化氮。
参考环境保护标准HJ 479-2009HJ 692-2014 崂应3023型紫外差分烟气分析仪朗伯比尔定律:当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,与其吸收光强与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。
紫外差分与紫外吸收:原理相同,数据处理算法不同紫外吸收紫外差分吸收算法气室 气体 气体 吸收快变分析 散射 慢变滤除关于仪器要求根据待测二氧化硫和氮氧化物含量选择测量范围内的测量仪器。
仪器的检出限应满足待测二氧化硫和氮氧化物的含量要求。
在仪器的测量范围内,仪器的响应值与二氧化硫和氮氧化物含量间应有确定的函数关系。
仪器应经计量合格并在有效期内。
《便携式二氧化硫和氮氧化物紫外吸收法测量仪器技术要求及检测方法(征求意见稿)》要求二氧化硫和氮氧化物监测单元最低检出限为≤1%F.S,7.1.1.2 要求“仪器具备双量程或多量程时,只针对仪器的最小量程进行技术指标检测;且其气态污染物(SO2、NOX)监测单元检测最小量程的最大值不超过150μmol/mol。
”关于仪器校准应定期对仪器行进校准。
出现以下任何一种情况时,应对仪器进行校准:---更换、维修传感器的气室、光谱仪等关健元件后;---对仪器响应值有任何怀疑时;---仪器使用说明书中的特别规定。
a)稀释气组分应与待测气体相近b)至少对仪器的零点和80%量程至满量程的两点进行校准。
3.1 DOAS 测量原理从稳定光源发出的光I o (λ,L),通过气室后,由透镜收集光会聚进入光谱仪。
由于沿光程的气体分子的吸收、分子散射,导致了接收光强减弱。
在光通过距离L 的光程后,接收光I (λ,L )可以由Lambert-Beer 定律来表示:00(,)(,)exp[((,,)()(,)(,))]()l Lj j R M j l I L I L p T c l l l dl N λλσλελελλ===⋅-⋅+++∑⎰ (3.1)对于每一种气体,(,,)j p T σλ是在波长λ,压力p 和温度为T 时的吸收截面。
()j c l 是沿光程在距离l 处的密度。
M ε和R ε分别表示瑞利散射、Mie 散射的消光系数。
N (λ)是光强I (λ,L )上的光子噪声。
在图3.1a 中,I (λ,L )为通过大气的后光谱(为了简化说明,假设其中只含有甲醛的吸收)。
在大多数的DOAS 系统中,回来的光被聚焦到光谱仪的入射狭缝上,经光谱仪分光,光谱由探测器记录。
由于光谱仪有限的分辨率,光谱I (λ,L )的形状发生了变化,这个过程的数学描述是大气光谱I (λ,L )与光谱仪的仪器函数H 进行卷积,图3.1b 表示与典型的仪器函数H 卷积后,投影在探测器上的光谱I*(λ,L )。
在探测器记录光谱的过程中,光谱范围被映射为n 个离散的像元(PDA 或CCD 探测器),用i 来表记,每个像元表示从λ(i)到λ(i+1)的间隔积分。
这个间隔可以根据波长-像元映射ΓI 计算得到。
对于线性色散(:()(0)I i i λλγΓ=+⋅), 像元的光谱宽度为常数(0()(1)()i i i λλλγ∆=+-=)。
像元i 上的光强'()I i 表示为(忽略任何的仪器因子,如不同像元的响应不一样),(1)()'()(',)'i i I i I L d λλλλ+*=⎰(3.2)一般而言,波长-像元映射ΓI 可以用多项式来表示:0:()qk I k k i i λγ=Γ=⋅∑ (3.3)矢量(k γ)确定了像元i-波长λ(i )的映射。
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。
1。
紫外差分模块
紫外差分模块是一种用于检测紫外光的技术装置。
它广泛应用于环境监测、生物医学、材料科学等领域。
紫外差分模块的原理是利用特殊的材料来吸收紫外光,并通过差分电流的变化来检测光线的强度。
在紫外差分模块中,首先需要选择合适的材料来吸收紫外光。
这些材料通常具有较高的光吸收系数和较小的电阻。
通过调整材料的厚度和结构,可以实现对不同波长的紫外光的选择性吸收。
紫外差分模块通常由光源、光传输系统、光探测器和信号处理电路等组成。
光源可以是氘灯、氙灯或LED等,用于产生紫外光。
光传输系统用于将光引导到光探测器,通常采用光纤。
光探测器是紫外差分模块的核心部件,用于将光转化为电信号。
信号处理电路则用于放大、滤波和处理电信号,以获取准确的光强度信息。
紫外差分模块的应用十分广泛。
在环境监测方面,它可以用于检测空气中的臭氧浓度、水中的溶解氧浓度等。
在生物医学方面,它可以用于检测DNA、蛋白质等生物分子的浓度和结构。
在材料科学方面,它可以用于研究材料的能带结构、表面缺陷等。
总的来说,紫外差分模块是一种重要的光学检测技术。
它具有灵敏度高、分辨率高、响应速度快等优点,广泛应用于各个领域。
通过不断改进和创新,相信紫外差分模块在未来会发挥更大的作用。
紫外差分法紫外差分法是一种常用的分析化学方法,该方法是利用物质吸收紫外光谱的差异来分析物质的含量和质量等信息。
紫外差分法广泛应用于食品、药品、环境监测等领域,具有高效、快速、准确的特点。
下面我们就来详细了解一下紫外差分法的原理、优缺点以及应用。
紫外差分法的原理是基于“比色法”的原理,即通过比较样品溶液和参比溶液在一定波长范围内的吸光度差异来分析样品中所含有的化合物。
当两组溶液吸收光谱发生差异时,说明样品中含有的成分较多,进而得知样品的质量和含量等信息。
相较于传统的分析方法,紫外差分法具有诸多优点。
首先,紫外差分法无需分离、纯化样品,大大简化了分析操作流程,提高了分析效率。
其次,紫外差分法对样品稳定性和样品量有较低的要求,减小了实验误差和分析风险。
此外,紫外差分法还具有灵敏度高、数据准确度高等优点,使得其在大规模生产和研究中应用广泛。
当然,紫外差分法也存在一些缺点,如对样品吸收光谱的选择性不高、样品中存在干扰物质时容易出现误差等。
但是,这些缺点可以通过合理的操作流程和配合其他分析方法进行克服,确保分析结果的精确和可靠。
在实际应用中,紫外差分法被广泛应用于食品、药品、环境监测等领域中。
比如,在食品质控中,紫外差分法可用于检测食品中的添加物、防腐剂等有害物质;在药物检测中,紫外差分法可用于检测药品中的纯度和杂质等。
此外,紫外差分法还可以用于环境监测中,检测空气、水、土壤等中污染物的含量和来源等信息。
总之,紫外差分法是一种高效、准确、灵敏的分析化学方法,应用广泛,对于科学研究和实际应用都具有重要意义。
未来,随着技术的不断升级和发展,紫外差分法将会变得更加精确、高效,并在更多领域发挥更加重要的作用。
二氧化硫紫外差分法
二氧化硫是一种常见的气体污染物,可以使用紫外差分法来测定。
紫外差分法基于物质对紫外光的吸收特性。
二氧化硫在紫外光区域(200-400nm波长范围)有吸收峰,因此可以通过测量二氧化硫的吸收来确定其浓度。
紫外差分法的工作原理如下:
1. 基线扫描:通过扫描一定波长范围内的紫外光谱,建立初始的基线数据。
2. 样品扫描:将待测样品引入光学池并扫描相同波长范围内的紫外光谱,获得含有二氧化硫的样品光谱。
3. 差分计算:将样品光谱与基线光谱进行差分计算,得到二氧化硫的吸光度。
4. 标准曲线:使用一系列已知浓度的二氧化硫标准样品,按照相同的操作步骤测定它们的吸光度,并绘制标准曲线。
5. 浓度测定:通过对待测样品的吸光度与标准曲线的对比,确定二氧化硫的浓度。
紫外差分法具有快速、准确、灵敏度高的特点,常用于二氧化硫的环境监测和工业生产过程中的气体排放控制。
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。
紫外差分吸收法
紫外差分吸收法(Ultraviolet Difference Absorption Spectroscopy)是一种分析化学技术,用于测量物质在紫外光区域的吸收特性。
该方法常用于分析溶液中的物质浓度或反应动力学研究。
紫外差分吸收法的基本原理是通过比较两个或多个样品在相同的紫外光(通常在200-400纳米波长范围)照射下的吸收差异。
通常,其中一个样品作为基准样品,其他样品与之对比。
具体操作步骤如下:
1.准备样品:将所需测定的样品制备成溶液,并与基准样品进行
对比。
2.设置仪器参数:将紫外可见分光光度计或分光光度计设置为所
需的波长范围,并调节光强和其他参数。
3.扫描测试:将基准样品和其他样品分别放入光池,并通过光束
将紫外光照射到溶液中。
仪器将测量吸收光强差异并记录数据。
4.分析数据:通过计算差分吸光度(差分光强)来获得样品之间
的差异。
这可以通过减去基准样品的吸光度值来实现。
紫外差分吸收法可以用于许多应用,例如测定溶液中物质的浓度、了解反应动力学的变化、监测化学反应过程中的物质转化等。
它通常具有灵敏度高、选择性强、操作简便等优点,因此在化学分析和研究中被广泛使用。
紫外吸收光谱法
紫外吸收光谱法]是通过研究物质分子对紫外光的吸收情况进行定性、定量和结构分析的一种常用光谱分析方法。
利用紫外吸收光谱进行定量分析的由来已久,公元60年古希腊已知道利用五味子浸液来估计醋中铁的含量。
这一古老的方法由于最初是运用人的眼睛来进行检测,所以叫比色法。
此法所用仪器为紫外吸收分光光度计或紫外-可见吸收分光光度计。
光源发出的紫外光经光栅或棱镜分光后,分别通过样品溶液及参比溶液,再投射到光电倍增管上,经光电转换并放大后,由绘制的紫外吸收光谱可对物质进行定性分析。
由于紫外线能量较高,故紫外吸收光谱法灵敏度较高;同时,本法对不饱和烯烃、芳烃、多环及杂环化合物具有较好的选择性,故一般用于这些类别化合物的分析及相关污染物的监测。
如,水和废水统一检测分析法中,紫外分光光度法测定矿物油、硝酸盐氮;以可变波长紫外检测器作为检测器的高压液相色谱法测多环芳烃等。
差分吸收光谱工作原理一、吸收光谱法的基本原理吸收光谱法就是利用气体的这种特性来测定排放烟气中所含有的气体成分及其浓度,它是进行定量分析的有用工具,可以用于常量和超微量组分的测定,也可以对多组分同时测定。
紫外——可见吸收光谱定量分析的理论依据依然是Lambert-Beer定律。
在某一波长λ下,当一束光强为I(λ)的测量0光照射到被测量区域,被气体分子吸收后,透射光强减弱为I(λ),如图2-2所示。
根据Lambert-Beer定律,可得:,Lc,(,)(2-9) I(,),I(,)e0图1 Lambert-Beer定律原理示意图I(λ)=I0e-LCσ(λ)式中:C——为被测气体浓度,L为测量光程长度,——σ(λ) ——为气体分子的吸收系数。
二、差分吸收光谱法的基本原理[31~33]自1975年差分吸收光谱法(DOAS)被提出,并于以后用于测量大气中污染气体浓度开始,就逐渐在环境检测领域得到了广泛的应用。
人们使用差分吸收光谱法可以监测到同温层中的HONO、OH、NO、BrO、ClO等这几种重要3的污染气体、也可以利用一些气体如:NO、NO、NH、ClO、23IO、O、SO、CS、HCHO和许322多的芳烃化合物等在紫外和可见光区域的吸收特性来监[24]测它们的浓度、还可以利用吸收光谱结构计算后的残留结构发现新的污染气体。
差分吸收光谱法最主要的优点是可以在不受被测对象化学行为干扰的情况下来测量到它们的绝对浓度。
也正是因为这一点,差分吸收光谱法常用来测量那些化学行为较活泼的气体,例如:OH,NO,BrO等; 3另外差分吸收光谱法还可以图2 DOAS测量污染气体浓度的测量装置图通过分析几种气体在同一波1段的重叠吸收光谱,来同时测定几种气体的浓度。
差分吸收光谱法正是具有这些优点,才实现了多种气体的在线同时测量和监测仪器的在线化。
差分吸收光谱法测量污染气体浓度的典型测量装置如图3-1所示[24]。
由稳定光源I(,)0发出强度为的一束光,经透镜后形成平行光束,平行光束经过含有气体的测量室I(,,L)后,由于各种不同气体的吸收及空气分子和气溶胶粒子的散射作用,强度衰减为,I(,,L)根据Lambert-Beer定律,的大小由(3-1)式给出:LABS,I(,L),,I()exp{,[,,(,p,T),,(l)],,,(,l),,(,,l)dl},N(,),jjRM0,0j(3-1)ABS,(,,p,T)jl其中气体j的吸收特性由吸收截面积定义,在光程点的吸收截面积是波长,(l)jλ、压力p 、温度T的函数,它与气体分子数量密度的乘积反映了气体吸收的光,(,,l),(,,l)RM谱特性;气溶胶的米氏散射和瑞利散射分别用和表示,它们也是波长λN(,)I(,,L)l和光程的函数;是光子噪声,它与有关。
CESM烟尘烟气在线监测系统烟气排放连续监测系统是一种对烟气成份(SO2、NO x、烟尘)及相关烟气参数进行在线自动连续监测的设备。
本设备是集光、机、电及计算机技术为一体的高科技产品,采用国家环保总局及美国环境保护组织(USEPA)推荐的紫外差分吸收光谱技术,具有在线连续测量、价格低、系统工作可靠、运行维护费用低、安装简便、无需人员监守等优点。
烟气排放连续监测系统1.概述烟气排放连续监测系统是一种对烟气成份(SO2、NO x、烟尘)及相关烟气参数进行在线自动连续监测的设备。
本设备是集光、机、电及计算机技术为一体的高科技产品,采用国家环保总局及美国环境保护组织(USEPA)推荐的紫外差分吸收光谱技术,具有在线连续测量、价格低、系统工作可靠、运行维护费用低、安装简便、无需人员监守等优点。
产品符合中华人民共和国环境保护行业标准HJ/T76-2001«固定污染源排放烟气连续监测系统技术条件及检测方法»,并通过国家环保局检测中心测试合格。
2.系统组成烟气排放连续监测系统是由气态污染物(SO2、NO X)、颗粒物(粉尘)、烟气参数测量子系统、数据采集和处理子系统、数据通讯系统等组成(见图一)。
通过现场采样方式,测定烟气中污染物浓度,同时测量烟气温度、烟气压力、流速、流量、烟气含氧量等参数,送至工控单元计算出烟气污染物排放率、排放量,显示和打印各种参数、图表并通过数据、图文传输系统分别传输至企业污染源监控站和环保行政管理部门。
图1 系统结构示意图2.1.烟气在线监测仪全套设备包括测试分析仪、净化空气吹扫系统等几部分。
由测试仪完成SO2、NO x、烟尘浓度测量,经过RS232口传至现场工控机,完成数据采集、处理、存储。
净化空气吹扫系统向测试仪镜片不断的吹扫,以保持测试仪镜片的清洁。
在整套设备中,分析仪是核心,所有原始数据的获得全由它完成。
分析仪主要包括光学系统、机械结构、电子学测量和控制系统等部分。
紫外差分气体分析一、概述紫外差分气体分析仪OEM 模块是我司针对国内外环保、工业控制现场在线气体分析自主研发的一款烟气分析仪产品。
它基于紫外吸收光谱和差分吸收光谱原理,采用光学技术平台,可在线分析测量包括SO 2、NO 、NO 2、O 2、H 2S 、Cl 2、NH 3等多种气体浓度。
二、 技术原理● 紫外差分气体分析DOAS 原理由于同种气体在不同光谱波段有不同的吸收,不同气体在同一光谱波段的吸收叠加作用,通过对连续光谱的分析,可以同时测量多种气体。
本系统采用全息光栅对被测气体吸收后的光进行分光,使用阵列传感器将分光后的光信号转换成电信号,获得介质的连续吸收光谱,实现了多种气体的同时测量。
● 独特的差分光学吸收光谱算法使用其对连续光谱数据进行处理得到气体浓度。
光束穿过长度为L 的被测气体环境后,由于气体对光的吸收作用,光能量将发生衰减。
被测气体在波长λ处对光强的吸收,可用Beer-Lambert 关系准确表述:()()()(){}0I =I exp -L C +i i λλσλελ⎡⎤⎣⎦式中:()0I λ-入射光在波长λ处相对强度; ()I λ-出射光在波长λ处相对强度; L -光程;C i -第i 种气体浓度; ()i σλ-第i 种气体的吸收系数;()ελ-粒子散射等因素导致的消光系数;由上式可见,普通的算法根本无法区分光衰减是气体吸收引起的还是粒子散射等非吸收引起的,而差分吸收算法是将气体的吸收分解为两部分:()()()=+i ir is σλσλσλ,其中()ir σλ是随波长快变化的部分,()is σλ是随波长慢变化的部分,而粒子散射等因素导致的消光作用都是随波长缓慢变化的。
显然,吸收中随波长快变化的部分只与气体吸收有关,对其进行相应的算值便可得到相关气体的浓度。
分析仪光学原理如下图(图1)所示。
图 1 紫外分光光度法光学原理图分析仪光学原理图分析仪采用紫外差分算法检测气体浓度,其中SO2、NOx等气体在紫外波段存在吸收,如图2所示:图 2 各组分气体在紫外波段的吸收图三、模块示意图图3:低量程模块示意图四、技术参数五、模块特点●采用最先进在线分析技术,精度高、下限低、温漂小✓采用紫外吸收光谱气体分析技术和化学计量学算法,测量精度完全不受水分和粉尘影响,探测下限低、温漂小。
紫外差分法一、引言紫外差分法(UV-Vis Difference Spectroscopy)是一种常用的光谱分析技术,通过测量样品在紫外可见光区的吸收和透射光谱,得到样品中分子结构和化学键的信息。
本文将从以下几个方面详细探讨紫外差分法的原理、应用以及实验步骤。
二、原理1.紫外可见光谱原理紫外可见光谱是一种通过测量样品对紫外光和可见光的吸收或透射来得到样品结构和化学键的信息的分析方法。
紫外可见光谱仪一般包括光源、单色器、样品室和光检测器等部分,其中单色器用于将宽频谱的光分离成单色光。
2.差分光谱原理差分光谱法是一种检测微弱光谱信号的方法。
在紫外差分法中,通常选择两种具有相关性的样品进行测量,一种是实验样品,另一种是参比样品。
两种样品都会在同样的实验条件下进行测量。
得到两种样品的光谱曲线后,将参比样品的光谱曲线从实验样品的光谱曲线中减去,得到差分光谱。
3.紫外差分法原理紫外差分法通过比较样品和参比样品的差分光谱,可以更准确地分辨出样品中存在的化学物质。
差分光谱中,正值表示实验样品比参比样品的吸收强度更大,负值则表示实验样品比参比样品的吸收强度更小。
三、应用紫外差分法广泛应用于材料科学、生物化学、环境监测等领域。
以下是紫外差分法的几个主要应用方向:1.分析物质的组成通过紫外差分法可以对材料中的不同成分进行分析,从而得到物质的组成信息。
例如,可以通过差分光谱得到多酚类物质的结构特征。
2.监测反应过程紫外差分法可以用于监测化学反应中的变化过程。
通过测量反应物和产物的差分光谱,可以研究反应过程中的物质转化情况,以及反应机理。
3.制药行业应用在制药行业中,紫外差分法常用于药物质量控制和剂型开发过程中。
通过测量药物和杂质的差分光谱,可以检测药物的纯度,确保药物质量。
4.生物化学研究紫外差分法在生物化学研究中也有广泛应用。
例如,可以通过差分光谱研究蛋白质、核酸等生物大分子的结构和功能。
四、实验步骤1.准备样品和参比样品根据实验需要选择合适的样品和参比样品,并确保样品和参比样品的纯度和稳定性。
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常用的烟气超低排放监测设备,其在环境保护领域中的应用越来越广泛。
本文将介绍紫外差分分析仪的原理和特点,以及其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吸收光谱的无需标定的在线监测设备。
它可以检测空气中的有害气体浓度,并根据测量结果判断烟气排放是否达到超低排放要求。
紫外差分分析仪利用气态污染物在紫外光波长范围内的光吸收特性,通过测量光吸收的差异来确定烟气中的污染物浓度。
紫外差分分析仪的工作原理是基于比尔-朗伯定律。
根据该定律,当光通过一个吸收性物质时,其光强度将呈指数衰减。
紫外差分分析仪通过使用两个具有不同波长的光源,在同一时间内同时照射被测气体,通过测量两束光强的差异来计算出被测气体的浓度。
这种双波长测量的方法可以消除光源强度波动和光路变化对测量结果的影响,从而提高了测量的准确性和稳定性。
紫外差分分析仪具有许多优点,使其成为烟气超低排放监测中的首选设备。
紫外差分分析仪具有高灵敏度和快速响应的特点,可以实时监测烟气中污染物的浓度变化。
紫外差分分析仪采用了无需标定的在线测量方式,不需要频繁校准,能够减少运维成本和人力投入。
紫外差分分析仪具有体积小、重量轻、安装方便等特点,适用于各种场合的使用。
紫外差分分析仪在烟气超低排放监测中的应用非常广泛。
在燃煤电厂中,紫外差分分析仪可以用于监测氮氧化物(NOx)和二氧化硫(SO2)的浓度,帮助电厂实现燃煤锅炉的超低排放。
在工业废气处理过程中,紫外差分分析仪可以用于监测有机废气中的有害物质浓度,以保护环境和工人健康。
紫外差分分析仪还可用于石油炼制、化工、冶金等行业中的烟气排放监测。
3.1 DOAS 测量原理从稳定光源发出的光I o (λ,L),通过气室后,由透镜收集光会聚进入光谱仪。
由于沿光程的气体分子的吸收、分子散射,导致了接收光强减弱。
在光通过距离L 的光程后,接收光I (λ,L )可以由Lambert-Beer 定律来表示:00(,)(,)exp[((,,)()(,)(,))]()l Lj j R M j l I L I L p T c l l l dl N λλσλελελλ===⋅-⋅+++∑⎰ (3.1)对于每一种气体,(,,)j p T σλ是在波长λ,压力p 和温度为T 时的吸收截面。
()j c l 是沿光程在距离l 处的密度。
M ε和R ε分别表示瑞利散射、Mie 散射的消光系数。
N (λ)是光强I (λ,L )上的光子噪声。
在图3.1a 中,I (λ,L )为通过大气的后光谱(为了简化说明,假设其中只含有甲醛的吸收)。
在大多数的DOAS 系统中,回来的光被聚焦到光谱仪的入射狭缝上,经光谱仪分光,光谱由探测器记录。
由于光谱仪有限的分辨率,光谱I (λ,L )的形状发生了变化,这个过程的数学描述是大气光谱I (λ,L )与光谱仪的仪器函数H 进行卷积,图3.1b 表示与典型的仪器函数H 卷积后,投影在探测器上的光谱I*(λ,L )。
在探测器记录光谱的过程中,光谱范围被映射为n 个离散的像元(PDA 或CCD 探测器),用i 来表记,每个像元表示从λ(i)到λ(i+1)的间隔积分。
这个间隔可以根据波长-像元映射ΓI 计算得到。
对于线性色散(:()(0)I i i λλγΓ=+⋅), 像元的光谱宽度为常数(0()(1)()i i i λλλγ∆=+-=)。
像元i 上的光强'()I i 表示为(忽略任何的仪器因子,如不同像元的响应不一样),(1)()'()(',)'i i I i I L d λλλλ+*=⎰(3.2)一般而言,波长-像元映射ΓI 可以用多项式来表示:0:()qk I k k i i λγ=Γ=⋅∑ (3.3)矢量(k γ)确定了像元i-波长λ(i )的映射。
参数0γ的改变的物理意义为光谱的平移,1γ的变化表示了光谱的线性拉抻和压缩,k 阶参数k γ描述了光谱的非线性变形。
参数矢量(k γ)物变化可以是光谱测量条件引起的,因为光栅光谱仪随着每k 温度的变化移动1/10个像元。
因而,在光谱分析中必须对这些影响进行修正。
图3.1c 表示了记录并存储在计算机中的离散谱'()I i 。
DOAS 技术最初是设计用来测量大气的吸收光谱[Platt 1994],与实验室中的测量相比,大气测量不可能掌握观测气体的绝对吸收,因为不能够移去大气来获得光强信息。
DOAS 技术的基本原理是通过将吸收截面分为两部分来解决这个问题的:'b j j j σσσ=+ (3.4)对于痕量气体j ,b j σ代表了宽状结构光谱,'j σ代表差分吸收截面,其反映了窄带光谱结构。
在光谱分析中只考虑'j σ可以去除来自瑞利和Mie 散射的干扰。
图3.2示意了O 3吸收截面的分离。
'()I i 取对数, ()ln '()J i I i =表示为:''0()()()'()'()'()'()mj j i J i J i a S i B i R i A i N i =+⋅++++∑ (3.5)对于每种痕量气体j, 'j S 是差分吸收截面,''()ln(exp(()))j j S H λσλ=-*,其对应于气体的差分吸收截面与仪器函数H 的卷积,B ’(i) 为宽带吸收结构,'()R i 为瑞利和Mie 散射的和,'()A i 代表了探测器、光谱仪的响应, '()N i =ln(N(λ))表示了探测器的噪声和光子噪声的总和,比例因子'j j a c L =⋅ 则是沿光程平均数密度的积。
图3.1. 典型DOAS 的组成部分。
平行光束穿过观测的大气团,被大气分子所吸收。
(a)举例说明,观测到含有甲醛的大气光谱 (b) 与光谱仪仪器函数卷积后的光谱(c) 投影在PDA 表面上,按PDA 像元离散后的光谱,这个光谱被存储在计算机中,待进一步的数值处理。
式3.5表示了几种痕量气体分子重叠吸收的和。
实际上,可测量分析的吸收气体数量是由它们的吸收结构强度来决定,必须高于DOAS 技术的探测低限。
一般,一条光谱能够分析出2-10种气体成分[Platt 1994]。
因此,同时得到这些气体的浓度。
为了从重叠的光谱结构中反演出不同的成分浓度,要对重叠结构进行数字分离。
这个反演过程的任务是:1. 反演参数'j a ,考虑中痕量气体的吸收和仪器系统的影响。
2. 计算参数'j a 的误差,及测量浓度的误差。
300310320300310320aI (λ, L )wavelength [nm]bI (λ, L ) * Fwavelength [nm]L100200cpixel在不考虑仪器本身的影响时,以上两项任务可通过最小二乘拟合来实现[Stutz and Platt 1996]。
3.2数学描述分析过程基于描述DOAS 测量谱线物理行为的数据模型(3.5式),离散光谱的对数用函数()F i 来表示有,260280300320340-9x10-20-6x10-20-3x10-2003x10-206x10-209x10-20σ''(λ)ozon e ab sorption cross se ctionσ'(λ)σc (λ)a b s o r p t i o n c r o s s s e c t i o n σ (λ) [c m 2]Wavelength [nm]-3x10-19-2x10-19-1x10-1901x10-192x10-193x10-194x10-190.02.0x10-184.0x10-186.0x10-188.0x10-181.0x10-171.2x10-170.02.0x10-184.0x10-186.0x10-188.0x10-181.0x10-171.2x10-17260280300320340图3.2 DOAS 分离吸收截面的基本原理。
以O 3的吸收截面(上)为例说明。
在数据反演过程应用数值滤波器将吸收截面分为“慢变化”部分(宽带吸收,第二个图),“快变化”部分(窄带吸收,第三个图)和高频部分(最低下的图)。
,,11()()(,,)()mr j j j d j j F i P i a S d d i ==+⋅∑ (3.6)这里,痕量气体的吸收结构j S 是实验测量的,作为输入参数。
多项式()r P i 描述宽带光谱结构,主要是由灯的光谱特征0()I i ,大气瑞利、Mie 散射'()R i ,光谱灵敏度'()A i 以及痕量气体的宽带吸收'()B i 组成,如下所示:()0()rh r i h c h P c i i ==⋅-∑ (3.7)这里,参数int(/2)c i n =代表了光谱区域的中心像元,相对于c i 的多项式最大化了非线性的影响。
通过F 和J 的线性拟合,可以解出比例因子j a 和多项式系数h c 。
最后用比例因子来计算相应痕量气体的平均浓度:'jj j a c Lσ=⋅ (3.8)'j σ表示气体j 的差分吸收截面,L 是吸收光程长度。
在分析过程中,注意将参考光谱'()j S i (波长-像元映射j Γ)与测量光谱J (i )(波长-像元映射J Γ)的波长对齐。
根据测量谱线的波长-像元映射J Γ和参考光谱'()j S i 计算参考光谱()j S i *,这个过程可以看作是参考光谱在波长上进行“平移或拉伸”。
因为j Γ(在式3.3中等效于J Γ)是一个严格单调函数,其反函数也可以由一个多项式描述:1:()qk jkk x λβλ-=Γ=⋅∑ (3.9)这里,()x λ表示了从反函数中得到的非整数像元数值。
因此,能够从连续函数()j S x 中计算出,连续谱线()j S x 可以从谱线()j S i 的中通过三次样条插值得到。
因此,由()j S i 插值近似得到()j S x ,()j S x 根据1j -Γ得出()jS λ,由()j S λ和J Γ算出()jS i *:1interpolation()()()()jJj j j j S i S x S S i λ-ΓΓ*−−−−→−−→−−→ (3.10)这个计算过程可以用一个公式来实现,i 和x 通过含参数k δ的多项式联系起来,0()(())s lq q k k k x i x i i λδ⋅===⋅∑ (3.11)在实际的分析过程中,将式3.11进行等价变换,使得谱线对齐参数,j k d ,在测量谱线波长-像元映射J 和参考谱线j S 相同的时候等于“0”,,0()()()jP k j j j k c k x i f i withf i d i i ====⋅-∑ (3.12)光谱,0,1(,,)()()j j j j S d d i S i *=现在与测量光谱具有相同的波长-像元映射J Γ。
在参数j a 和h c 不变的条件下,参数,j k d 通过模型F 和光谱J 的非线性拟合得到。
如果0j p =,光谱j S 平移,0j d 个象元,如果1j p =,光谱j S 按照,1j d 进行线性拉伸或压缩,高阶j p 代表了高阶的拉伸变化。
为了对光谱进行最好的物理描述,对每个参考光谱设定合适的拉伸参数,如果各个参考光谱是一起校准的,则可对所有的参考光谱用一套参数,j k d 。
分析过程采用了两个算法:线性Levenberg-Marquardt 算法确定参数,j k d ;一个标准的最小二乘拟合算法计算j a 和h c 。
两种算法在F 和J 间最小化2χ:220(()())ni J i F i χ==-∑ (3.13)计算过程,首先用初始,j k d 值进行线性拟合计算,它的拟合结果j a 和h c 作为接下来的非线性Leverbert-Marquardt 拟合的输入,这个非线性迭代过程只进行的一步,其结果参数,j k d 被用作下一次线性拟合的输入,进而结果又被非线性拟合调用。
反演过程交替地调用两种拟合的结果作为下一次拟合的输入。
这个过程重复,直到非线性拟合的某个条件得到满足。
通常,当2χ的相对变化值小于一个设定的值(如10-6),拟合计算停止。
如果迭代的重复次数超过所设定的,或非线性拟合不稳定,也将中止拟合过程。