紫外差分光谱法烟气综合分析仪(DOAS)标准介绍

差分吸收光谱技术(DOAS:Differential Optical Absorption Spectroscopy)是一种光谱监测技术,其基本原理就是利用空气中的气体分子的窄带吸收特性来鉴别气体成分,并根据窄带吸收强度来推演出微量气体的浓度.凭借其低廉且简单的设备装置和出色的监测能力,DOAS技术在大气监测领域内在国外已经被广泛应用.鉴于国内的污染形势的日益严峻及对此新兴技术知识的匮乏,对于DOAS技术的工作原理、浓度反演方法及其在大气研究领域内的应用与发展前景做了较为详细的介绍,为今后在大气监测领域里研究和应用DOAS技术提供了必要的理论知识.DOAS技术主要是以大气中的痕量污染气体对紫外和可见光波段的特征吸收光谱为基础，通过特征吸收光谱鉴别大气污染气体的类型和浓度，因此适用于在该波段有特征吸收的气体分子。

D0As是基于痕量气体分子的窄带吸收特征的检测。

吸收的光强度遵守Lambert-Beer吸收定律，同时要考虑散射对测量的影响，如考虑瑞利散射(Rayleigh)、米散射(Mie）的影响。

为了消除Rayleigh散射和Mie散射等的影响，在数学上通常采用滤波技术，将包含在大气吸收光谱中由分子吸收引起的光谱变化分离出来。

这种数学上的处理是基于：由Rayleigh散射和Mie散射等引起的光学厚度的变化随波长缓慢变化，而由分子吸收特性引起的光学厚度的变化随波长快速变化。

为此将散射引起的光谱变化称为“宽带”光谱(低频部分)，将分子吸收引起的光谱变化称为“窄带”光谱(高频部分)。

计算过程中使用高通滤波器将随波长快速变化的“窄带”光谱分离出来，被分离出来的分子吸收光谱用参考光谱进行拟合，来计算出存在于被测大气中的光吸收物质的浓度。

这就是差分吸收光谱法的基本思想。

图所示δ0为随波长缓慢变化的“宽带”光谱部分，δ‘随波长快速变化的“窄带”光谱部分，即差分吸收截面总的吸收截面δ减去数字平滑计算得到的δ‘就是差分吸收截面。

紫外差分吸收法低浓度废气排放监测性能测试研究摘要：目前，废气排放监测中二氧化硫、氮氧化物的分析方法主要有非分散红外吸收法（NDIR）、非分散紫外吸收法（NDUV）、定点位电解法以及紫外差分吸收法（DOAS）等。

本文对这几种分析方法优缺点进行了分析比对，选择紫外差分作为测试研究对象，并按照HJ76-2017标准要求进行了实验室性能测试，测试结果表明，紫外差分分析仪在漂移、线性、检出限、响应时间等性能测试中表现优良，能满足HJ76-2017的标准要求。

关键词：紫外差分吸收法；超低排放；二氧化硫；氮氧化物；目前，我国固定污染源废气排放监测中主要使用的监测仪分析原理技术主要有以下几种方法：1.非分散红外吸收法（NDIR），技术成熟，主要污染气体在红外波段都有特征谱线，可以对污染物（SO2、NO、NO2等）浓度进行检测，但在整个红外波段，水分子有广泛的干扰吸收峰，不同污染气体分子之间存在交叉干扰，对温度波动敏感，低浓度监测工况下这些干扰因素影响突出[1，2,3]。

2.非分散紫外吸收法（NDUV），具有结构简单、特征吸收峰明显、不受烟气中常见组分测量干扰等特点[4,5,8]，但也存在成本相对高，测量组分较少，受到挥发性有机物分子干扰等问题。

3.定电位电解法，结构体积小，反应快速，测量组分多，成本低，但其存在检测精度低，受温湿度影响大、存在交叉干扰严重等问题[5，6，7]。

针对以上方法存在问题，利用紫外差分吸收技术（DOAS）开发烟气分析仪，基于DOAS原理的仪器具有结构比较简单，模块化设计，测量精度高，可实现多组分同时测量等优点[7，8，9,10]；随着技术进步，紫外光谱仪成本不断下降，光源寿命不断提高，体积重量也不断优化；这些年国内不少厂家都开发了基于DOAS技术的分析仪表，价格低廉、性能优异，在烟气连续监测中应用广泛。

图1可以看到典型的紫外差分仪表主要核心模块包含紫外光源部分（氘灯或氚灯）、光池部分（待测气体流经区域）、光谱仪（分析光谱强度和结构）及相关控制电路。

DOAS技术简介:微分吸收光谱技术（Differential Optical Absorption Spectroscopy）是上世纪70年代末由德国的U.Platt教授和Perner教授首先提出的，它是基于气体分子对光辐射的选择性吸收的光谱分析技术，通过分析大气中气体分子对光源发射光谱的微分吸收光谱，不但可以区分各种不同大气物质的吸收结构，而且可以分离出由于分子和气凝胶散射等引起的消光，从而确定大气中存在的污染物的种类和浓度。

DOAS技术自提出以后到上世纪末主要是用在大气科研方面，已被各国的科研工作者用来对对流层和平流层中的大气痕量气体，如二氧化硫，二氧化氮，臭氧，甲醛，苯，甲苯，亚硝酸等的浓度分布和变化进行研究。

由于该DOAS 技术在监测大气环境污染物方面的适用性，目前已被国内外的一些城市用在城市空气质量的日常监测和连续排放污染物监测工作中。

如瑞典西南部的工业重地哥德堡市装备的OPSIS大气监测仪用于监测哥德堡市中心的大气质量状况、德国南部著名的旅游胜地海德堡市也装备了DOAS仪器用于监测海德堡市交通污染状况，其监测距离为1000米，此外在美国等许多城市也装备了使用该技术的一些仪器。

DOAS技术目前已被美国、德国、英国、法国、欧共体研究中心和俄罗斯等世界广泛的权威机构认可。

国家环保总局已认可了该项技术，国家环境检测站同时制定了与DOAS技术相关的测量标准DOAS微分光学大气分析仪技术特点:我国环境空气质量自动监测系统基本上为购买国外设备，现有系统往往良莠不齐，引进设备不少与我国具体实际结合不够，尤其在系统结构、数据采集、远程控制与诊断方面与实际相差较远。

DOAS技术在这些方面具有很大的优势。

而目前世界上能够生产出商用DOAS系统的只有瑞典的OPSIS、美国的TE和法国的SANOA等少数几家公司，它们的价格一般都很昂贵，而且在日常的维护和设备更新方面都存在诸多不便。

我们开发的DOAS微分光学大气分析仪主要由氙灯光源、发射接收望远镜、角反射器、光纤传感器、光谱仪、PDA探测头、控制器和计算机等组成。

紫外烟气分析仪的三种原理说明
随着经济的快速发展，人们越来越关注环境问题。

如何全面控制空气污染是关键。

为了控制空气污染，首先需要监测空气污染物。

紫外烟气分析仪应运而生。

紫外烟气分析仪通常采用电化学原理、红外原理和紫外差分吸收光谱原理，广泛用于二氧化硫、氮氧化物等的烟雾分析。

紫外烟气分析仪的三种原理说明：
1.电化学原理
待测气体经除尘除湿后，送入气体传感器，通过渗透膜进入电解槽。

待测气体将在规定的氧化电位下进行电位电解。

然后我们可以根据消耗的电解电流来推断气体的浓度。

2.红外原理
根据不同气体对红外波长电磁波能量有特殊吸收特性的原理，分析了气体的组成和含量。

3.紫外线原理
紫外差分吸收光谱法是利用待测物质在紫外波段的窄带特征吸收光谱，经过一定的计算处理，得到待测气体的浓度。

DOAS技术以其廉价、简单的设备和的监测能力，在国外大气监测领域得到了广泛的应用。

它对于测量大气平
流层中的活性气体OH、NO3和HONO非常有效。

与传统的光学监测方法相比，DOAS技术可以同时监测各种气体成分。

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差分吸收光谱法烟气在线监测技术的开题报告一、研究背景及意义烟气污染对环境和人类健康造成了严重的危害，因此对烟气排放的监测和控制变得越来越重要。

差分吸收光谱法（DOAS）是一种基于光学原理的烟气在线监测技术，可对烟气中的污染物进行快速、准确、非侵入式的测量，并具有不受气体基质影响、适应复杂气体混合物、运行成本低等优点。

该技术已广泛应用于烟气排放、环境空气质量、地表大气污染等领域，成为烟气在线监测的重要手段之一。

二、研究内容本次研究将基于DOAS技术，设计并实现一套烟气在线监测系统。

具体研究内容包括：1.梳形光谱仪的选择及优化：DOAS技术的核心是梳形光谱仪，因此需要对不同类型的梳形光谱仪进行比较和优化，以得到最佳的光谱分辨率和信噪比。

2.反演算法的研究：针对不同污染物的特征吸收线，设计并优化反演算法，实现对多种污染物的定量检测。

3.系统硬件及软件设计：设计系统硬件电路及选材等方案，并编写控制软件与反演算法进行集成。

三、研究方法1.文献调研：对DOAS技术相关文献及国内外已有的研究进行调研。

2.光谱仪优化：选择不同类型的梳形光谱仪进行比较，优化最佳光谱分辨率和信噪比并验证。

3.污染物特征线提取：在已有文献基础上，提取不同污染物的特征吸收线。

4.反演算法优化：根据特征吸收线设计反演算法，并进行优化验证。

5.系统硬件及软件设计：按照硬件选材方案和反演算法编写相应的控制软件，实现系统调试和完善。

四、预期成果本研究预期可以设计出一套基于DOAS技术的烟气在线监测系统，重点达到以下预期成果：1. 实现对多种污染物的在线监测，如二氧化硫、氮氧化物等。

2. 搭建一套稳定、可靠的烟气在线监测系统，具有高稳定性和高检测灵敏度。

3. 对算法进行优化和验证，进一步提高系统的准确性和可靠性。

4. 技术推广，为烟气在线监测及其它领域的应用提供新思路和技术支持。

五、研究进度安排第一年：1. 文献综述、选型和实验准备（3个月）2. 梳形光谱仪选型及优化（3个月）3. 污染物特征线提取、反演算法设计及优化（6个月）第二年：1. 硬件选材方案设计（3个月）2. 调试硬件电路及控制软件编写（6个月）3. 系统完善及验证实验（3个月）第三年：1. 整理论文，准备答辩（6个月）六、研究经费预算本研究所需经费主要包括设备采购（梳形光谱仪、控制器等）、实验材料费、差旅费等，预算总额控制在80万元以内。

崂应3023型紫外差分烟气综合分析仪本仪器是以紫外差分吸收光谱分析技术（DOAS）为核心的新型产品，主要用于固定污染源排气中SO2、NO、NO2、O2等成分浓度的现场分析。

全新升级三大核心系统，保证了仪器的可靠性，提高了系统的稳定性、增强了控制的准确性，特别适合低温、高湿、低浓度排放的各种锅炉、烟道、工业炉窑等固定污染源中烟气成分的现场分析。

产品广泛应用于环保、检测公司、工矿企业（电厂、钢铁厂、水泥厂、糖厂、造纸厂、冶炼厂、陶瓷厂、锅炉炉窑、以及铝业、镁业、锌业、钛业、硅业、药业，包括化肥、化工、橡胶、材料厂等）、卫生、劳动、安监、军事、科研、教育等领域。

执行标准⏹HJ/T 397-2007 固定源废气监测技术规范⏹JJG 968-2002 烟气分析仪检定规程⏹DB37/T 2641－2015 便携式紫外吸收法多气体测量系统技术要求及检测方法⏹DB37/T 2704－2015 固定污染源废气氮氧化物的测定紫外吸收法⏹DB37/T 2705－2015 固定污染源废气二氧化硫的测定紫外吸收法主要特点控制系统⏹独特的LOCS系统设计，采用差分吸收光谱技术（DOAS），温度漂移小、测量精度高⏹工业高速嵌入式工控机核心，WINCE操作系统⏹耐用脉冲氙灯冷光源，预热时间短，使用寿命长⏹检出下限低，不受水分和粉尘影响，抗干扰能力强，有效避免气体间的交叉干扰NOx、SO2分析双量程设计，根据浓度值自动切换量程控制⏹烟气测量方式自动、手动可选择，自动模式下可设置单次测量时间和测量次数，方便与在线仪器的比对动力系统⏹精密DS.采样泵，耐腐蚀，连续运转免清洗，适应各种工况，具有过载保护功能服务热线：400-676-5892 Web：⏹烟气清洗时，采样泵流量调节到最大，缩短现场采样清洗时间⏹高效的滤尘、除水烟气预处理器，自动控制一体化设计，有效降低SO2损失，防止水汽干扰，更适用于含湿量高及烟气成分浓度低的工况⏹操控系统智能化的软件参数标定设计⏹工业级防尘防水键盘，操作方便，特别适用于恶劣工况⏹ 6.5寸宽温多角度翻转4H-TFT彩色屏，耐高寒，视域角度广，良好人机交互界面，让工作更轻松⏹支持中、英文输入，方便用户输入采样地点等信息，实现良好人机交互⏹各烟气成分浓度曲线实时显示，曲线显示比例最大放大8倍，提高低浓度测量时曲线显示的分辨率⏹RS232串口配置高速低噪声微型热敏打印机，轻松掌握实时数据⏹配备丰富人机接口，支持鼠标、U盘、键盘、触摸板、打印机等设备OTHER⏹内置加热装置，低温时自动启动加热功能，使分析仪可在严寒地区使用⏹交直流两用供电功能，不受现场电源限制⏹仪器故障与系统密闭性自动检测与报警功能，方便用户维护及使用烟气折算方式以基准含氧量折算和以折算系数折算两种方式⏹设计开发windows环境下微机数据库及通信系统软件，实现微机通讯进行存储、打印技术指标标准配置⏹主机⏹崂应1080D 型烟气预处理器（1.0m）适用于测定固定污染源有害气体成分前处理，采用两级颗粒物过滤，过滤精度可达50μm（湿度范围）⏹崂应1082A 型S型皮托管（1.5m）适用于测定固定污染排放管道内的烟气流速⏹热敏打印机可选配置⏹崂应1030型烟气预处理系统用于对工况湿烟气进行滤尘、加热、冷凝脱水及自动排水处理⏹崂应9011Q型智能交直流移动电源交直流供电，在额定功率下可同时AC220V、DC24V、DC12V输出⏹崂应9011J型智能交直流移动电源交直流供电，在额定功率下可同时使用两路AC220V和一路DC24V输出＊说明：1、以上内容完全符合国家相关标准的要求，因产品升级或有图片与实机不符，请以实机为准, 本内容仅供参考。

DoAs系统灯谱测量与一些常见问题摘要：文章主要就DoAs系统灯谱测量与一些常见问题进行分析。

关键词：DoAs自动监测仪问题LGH-01A型长光程（DoAs）空气质量自动监测仪是用于监测大气中各种污染物含量的专用仪器，它通过检测大气的吸收光谱来确定污染物的浓度。

气体分子具有各自的特征吸收截面，气体在大气中的吸收服从比尔定律：I（λ）=I0（λ）exp﹛-Lσ（λ）C﹜其中I0（λ）是光源发出的起始光强，I（λ）是经过L距离传输后的光强，σ（λ）是气体的吸收截面，C是测量气体的浓度，起始光强、经过L距离传输后的光强、某种特定气体的吸收截面是已知的或经过测定后可以得出，测量气体的浓度C就可以从上述已知条件中测量并计算：C=In﹛I0（λ）/I（λ）﹜/ Lσ（λ）由氙灯光源产生光辐射，其光强便是光源发出的起始光强I（λ），是已知的。

通过望远镜系统准直传输到大气路径，在另一端安装一个角反射镜将其反射回来，进入望远镜接受通道口而聚焦在光纤的入射窗，光纤把光导入光谱仪，出射约20nm的谱宽。

通过扫描装置，扫描一个光谱带，光电探测器将光学信号转化为电信号，再由插在计算机ISA槽的AD卡进行数字化，通过计算机进行进一步的处理。

通过处理经过大气路径的辐射光谱与灯的光谱，每个气体都有自己的特征吸收光谱，对其差异进行分析处理，就可以确定吸收气体及气体浓度。

光源（氙灯及其电源）、测量设备（光谱仪、扫描装置和PMT及其电源和控制）、系统数据记录与处理（ADC与计算机），所有部件都接在220V电网中。

如下图所示。

DOAS系统灯谱测量是很重要的一部分，是保证自动监测结果准确可靠的前提条件。

上面已将DOAS系统光学结构、电学结构及其原理作了一下简单的介绍，光源发出的起始光强通过望远镜系统准直传输到大气路径，在另一端安装一个角反射镜将其反射回来，因此在灯谱测量之前需要做一下光路对准。

首先将光路打向外灯，测量次数改为15，点击开始采集按钮，将望远镜底座前端和左侧固定板手松开，采用射击瞄准法将望远镜对准角反射镜。

烟气分析仪按照检测原理可划分为：电化学检测法，光谱吸收法，气相色谱法，半导体传感器分析法，化学发光法等检测方法。

现在我们来看看紫外分光吸收法与电化学检测法的动力伟业烟气分析的参数对比以及气体的不同分析，操作使用说明。

DL-6023紫外差分烟气综合分析仪一、产品概述本仪器是采用紫外差分吸收光谱分析法（DOAS）检测烟气含量的新型产品，可现场直接检测固定污染源废气中的O2、SO2、NOx、CO、CO2、NH等气体的成分浓度。

DL-6023紫外差分烟气综合分析仪与传统电化学检测方法比较，具有测量精度高、检测速度快、抗交叉干扰能力强，传感器寿命长，维护方便等显著优点。

自主研发嵌入式平台，操作界面友好，配合大按键，大显示屏方便操作，机器内部采用进口传感器及高分辨光谱，保证了测量精准度，产品特别适合高湿、低浓度排放的各种烟道、锅炉、工业炉窑等工况条件的现场烟气成分测量。

二、执行标准HJ/49-1999 《烟气采样器技术条件》HJ/T397-2007 《固定污染源废气检测技术规范》HJ/44-2015《便携式紫外吸收烟气测量系统技术要求及检测方法》《山东省固定污染源废气氮氧化物的测定—紫外吸收法》《山东省固定污染源废气二氧化硫的测定—紫外吸收法》三、主要特点1、采用烟气预处理器进行烟气检测前处理，可有效排除烟气中水分，降低烟气温度。

排除干扰。

2、进口高分辨率光谱仪，保证了测量的精度。

3、进口脉冲氙灯冷光源，预热时间短，使用寿命长。

4、采用win7操作系统，中文菜单，界面友好，简单易掌握。

5、优化设计，主机重量轻便，结构紧凑，方便携带，便于登高作业，减少检测人员工作强度。

6、DOASIS算法升级，有效排除干扰，避免静电对光谱波长产生漂移。

7、DOVE双棱镜单独设计，可拆洗。

8、自动校零和标定功能。

9、6.5寸大屏彩显，高对比度，较强光照下可视性高。

10、烟气成分谱图式显示，动态显示气体吸收曲线。

观测更直接。

11、实时显示检测数据分钟平均值，双USB接口，数据可导出。