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▌FX2000 在紫外差分吸收光譜技術中的應用
基于光纖光譜儀及紫外差分吸收光譜技術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 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)生產過程自動分析優(yōu)化和監(jiān)管污染氣體排放的重要方法。基于光纖光譜儀的紫外差分吸收光譜（DOAS）技術因其測量精度高、響應快速，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 所搭建的氣體濃度檢測裝置原理示意圖。測試時，將氣體鋼瓶內的氣體經過流量計和壓力閥等進入氣體腔室，脈沖氙燈或氘燈發(fā)出的光經過光纖進入氣體腔室，經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)實中測量得到的標準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)實中測量得到的標準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確的計算出氣體的濃度。吸收截面測量的準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】復享光學的 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)的靈敏度和準確性。我們將復享光學的光纖光譜儀用于 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】復享光學的 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)的靈敏度和準確性。我們將復享光學的光纖光譜儀用于 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 |
基于復享光學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，為科研領域及工業(yè)領域的煙氣檢測設備研發(fā)及基礎研究提供了至關重要的作用。▌
【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, 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, 2014. Link
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