基于DOAS的氨排放在線監(jiān)測技術(shù)研究

趙 元

（華北電力大學(xué)機(jī)械工程系，河北保定，071000）

基于DOAS的氨排放在線監(jiān)測技術(shù)研究

趙 元

（華北電力大學(xué)機(jī)械工程系，河北保定，071000）

城市大氣NH3的測量對于研究NH3的大氣化學(xué)尤為必要。差分吸收光譜法是一種在線監(jiān)測方法。首先介紹了差分吸收光譜法的基本原理及關(guān)鍵問題。其次搭建了一套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。最后利用搭建的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并利用軟件對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

差分吸收光譜法；數(shù)據(jù)分析

1 差分吸收光譜法理論分析

差分吸收光譜技術(shù)本質(zhì)上是基于分子對光輻射的吸收。光源發(fā)出強(qiáng)度I0的光，經(jīng)過了一定的距離后，由于氣體分子對其吸收，接收端測到的強(qiáng)度為I，由朗伯比爾定律：

式中：I(λ)為測量光強(qiáng)；I0(λ)為原始光強(qiáng)；x為所測光程；c為氣體濃度；σ(λ)為不同波長下的吸收系數(shù)。

實(shí)際測量中，會存在著瑞利散射和米散射。由瑞利散射和米散射等效的氣體吸收引起的光學(xué)密度表現(xiàn)出隨波長作緩慢變化的特征。差分吸收光譜法的基本思想是舍去緩慢變化部分從而將快速變化部分分離出來，達(dá)到消除散射對實(shí)驗(yàn)影響的目的。

2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)的光學(xué)系統(tǒng)包括光源、吸收池、光譜儀。光源發(fā)出的光經(jīng)過準(zhǔn)直輸出后通過氣體吸收池，出吸收池后到達(dá)光譜儀，經(jīng)光譜儀傳輸至計(jì)算機(jī)，通過軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

實(shí)驗(yàn)采用氙燈光源，它能夠提供連續(xù)光譜。光譜儀的作用是將接收來的復(fù)合光譜信號進(jìn)行分光，獲得不同波長下的光譜信號，并把這些光譜信號轉(zhuǎn)換為電信號。實(shí)驗(yàn)所用氣體吸收池光程45cm，進(jìn)出氣口間距30cm，吸收池兩端利用光學(xué)玻璃與端蓋壓緊墊圈密封，通過螺紋連接將端蓋與光纖接頭緊密相連。

3 實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)處理分析

氨的吸收截面的計(jì)算對其濃度反演很關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)利用48ppm、32ppm及24ppm的氨進(jìn)行。其中，48ppm標(biāo)準(zhǔn)氨直接從氣瓶減壓得到，其余兩種種濃度氨利用標(biāo)準(zhǔn)氨和氮?dú)饣旌系玫健?/p>

在每種濃度下實(shí)驗(yàn)8組，共計(jì)32組，在三種濃度條件下計(jì)算氨吸收截面，并繪制相應(yīng)計(jì)算結(jié)果。現(xiàn)以24ppm情況下氨吸收截面圖為例分析：

在195-220nm波段上，存在五個(gè)明顯的吸收峰，并且每個(gè)波峰值在順次減小。經(jīng)過查閱資料，看到在標(biāo)準(zhǔn)氨吸收截面與實(shí)驗(yàn)室測得的氨吸收截面在吸收峰變化趨勢及線型上一致的，此實(shí)驗(yàn)反映了真實(shí)的氨吸收截面，故可以用來計(jì)算氨濃度的。

在氨濃度的反演實(shí)驗(yàn)中，共32組數(shù)據(jù)，吸收截面通過標(biāo)準(zhǔn)濃度為32ppm的氨測得，反演波段為195-220nm，通過軟件計(jì)算得到表1的結(jié)果。

32組數(shù)據(jù)均在標(biāo)準(zhǔn)濃度的5%左右區(qū)間內(nèi)，誤差較小，計(jì)算結(jié)果與理論一致。由此說明，將DOAS技術(shù)用于NH3的在線監(jiān)測是可行的。

圖1 24ppm條件下氨吸收截面

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)濃度NH3的測量濃度

4 結(jié)論

差分吸收光譜技術(shù)是對大氣中的痕量氣體的監(jiān)測的非常有用的技術(shù)。對氨吸收截面的測量表明：在實(shí)驗(yàn)室測得的氨吸收截面與數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)氨吸收截面基本一致，反映了真實(shí)的氨吸收情況，是可以用來計(jì)算氨濃度的。利用計(jì)算的氨吸收截面來測量氨濃度，測量值誤差較小，計(jì)算結(jié)果與理論一致，說明將DOAS方法用于氨的在線監(jiān)測是可行的。

[1] 李寧.基于差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)的空氣質(zhì)量連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D].天津:天津大學(xué),2005.

[2] 張慧敏.DOAS方法的多特征譜解析及應(yīng)用[D].天津：天津大學(xué),2009.

周濤.煙氣排放紫外差分吸收光譜實(shí)時(shí)檢測方法的研究[D].天津：天津大學(xué),2008.

Based on the DOAS of ammonia discharge online monitoring technology research

Zhao Yuan
(department of mechanical engineering,north China electric power university baoding，071000)

Urban atmospheric NH3 measurement for the study of NH3 atmospheric chemistry is necessary.The differential absorption spectrometry is a method of on-line monitoring.First introduces the basic principle and key problem of differential absorption spectrometry.The second set up a set of experimental system. Finally,we do an experiment using the experimental system of set,and use the software to analyze the data.

differential absorption spectrometry;The data

TK314 文獻(xiàn)識別碼：A