1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 安徽新华学院, 安徽 合肥 230088
鉴于近年来突发事故和雾霾等污染现象时有发生, 其危害范围广、 危害程度深, 因此迫切需要掌握污染影响的区域、 范围、 强度以及污染扩散的趋势。 而污染源、 污染气体的二维快速成像分布在确定气体泄漏源定位、 鉴别突发事件以及鉴定污染范围和污染影响的过程中占绝对优势。 基于面阵CCD探测器, 利用紫外滤光片分光的成像技术实现了对丰台电厂烟囱排放的烟羽进行快速成像测量; 采用烟气在线监测技术获取的SO2实时浓度作为参考浓度, 经转换之后标定成像系统, 标定结果表明SO2斜柱浓度与光学厚度呈线性关系, 相关系数0.958, 满足成像理论可被解析的先决条件; 考虑到成像系统视场角小, 使镜头在上风向偏离烟羽区域拍摄的图片作为背景, 任取背景图上的一行像素, 这些像素的光学强度表明上风向强度均匀, 无其他干扰影响; 测量过程中, 为了减小烟羽变化带来的误差, 鉴别目标气体的310 nm滤光片与祛除气溶胶影响的330 nm滤光片对烟羽交替成像; 最后根据线性最小二乘拟合获取了2017年5月20日12点30分左右的SO2斜柱浓度的二维分布及其时序图。 测量结果显示在烟囱出口附近出现SO2斜柱浓度高值, SO2斜柱浓度高值约为1.7×1017 molec·cm-2; SO2斜柱浓度分布图直观显示SO2浓度的扩散趋势, 表明下风向SO2斜柱浓度沿着烟羽的扩散轴减小缓慢, 在大气浮力、 烟羽流体动力学以及风向共同作用下, 垂直于烟羽扩散轴的方向上, 扩散轴上方的SO2斜柱浓度小于其下方浓度, 但基本趋势是垂直于扩散轴的两侧SO2斜柱浓度衰减很快; 在下风向距离烟囱中心28米的区域, 取SO2斜柱浓度与高斯曲线进行拟合, 拟合系数0.747, 表明风向方向: SO2斜柱浓度扩散遵循高斯扩散; 根据SO2斜柱浓度时序图, 获得了烟羽的传播速度约为1.2 m·s-1; 为了验证紫外非色散成像系统测量结果的可靠性, 在已知烟羽SO2排放量（9.2 g·s-1）、 烟羽速度（1.2 m·s-1）、 烟羽高度（约140 m）及周边环境的情况下, 采用高斯烟羽扩散模型进行理论预测, 成像系统的测量结果与烟羽模型的模拟结果对比表明: SO2斜柱浓度的测量值及扩散趋势与理论预测基本一致。 利用基于滤光片的快速成像方法实现了对固定点源排放的污染气体SO2斜柱浓度的成像测量, 最终成功获取了烟羽中SO2斜柱浓度的分布及扩散的趋势, 测量结果与模型模拟的一致性表明该成像方法有望为定量、 定性评估污染危害提供测量依据。
斜柱浓度 高斯扩散 二氧化硫 滤光片 Slant column density Gauss diffusion Sulfur dioxide Filter
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
SO2 and NO2 are the most important pollution in atmosphere. An optimized long path (LP) differential optical absorption spectroscopy (DOAS) system of high light intensity at an ultraviolet (UV) wavelength is proposed and used to measure the concentration of SO2 and NO2 simultaneously. In contrast to the traditional DOAS, the system adopted a Y-type optical fiber structure instead of a combination of mirrors in the telescope. The UV light intensity test shows that the light intensity of UV can arrive to above 80% of the max measuring range when the light path reaches 135 m, and the integral time of the spectrograph is only 15 ms. The system is proved to be efficacious through laboratory calibration. The maximum error of SO2 calibration is 4.19%, and is 5.22% for NO2. The error of the SO2 and NO2 mixture calibration is within 10%. Field measurement is implemented in a wastewater treatment plant in winter. The measurement light path is 738 m. The concentration of SO2 varies from 6 μg/m3 (2.26 ppb) to 20 μg/m3 (7.52 ppb), and the concentration of NO2 varies from 100 μg/m3 (53.2 ppb) to 200 μg/m3 (106.4 ppb) approximately. The results are in accordance with the data from a monitoring station nearby in magnitude order and variation tendency mostly.
air pollution monitoring DOAS sulfur dioxide nitrogen dioxide optical fiber Chinese Optics Letters
2020, 18(2): 021201
重庆大学 光电工程学院 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
为监测燃煤电厂低浓度SO2排放, 达到国家超低排放标准, 提出一种短光程下测量低浓度SO2的方法.在已知温度压强条件下, 利用差分吸收光谱法, 由不同浓度的标准气体构建SO2差分吸收截面数据集; 根据数据集标准差及均值, 结合浓度反演结果, 将测量区间由200~400 nm逐步缩小到294~308 nm.对该区间内137个波长采样点, 用统计学方法, 借助标准差及均值表征差分吸收截面精度, 同时剔除误差较大的采样点, 得到该环境下最优采样点集和差分吸收截面最优数据集.在同等温度压强条件下, 利用该最优数据集和差分吸收光谱法, 能够以较高精度计算出烟气中SO2浓度.实验采用420 cm光程, 气室容积0.5 L, 气室内温度299.05 K, 压强101.33 kPa, 测量范围2~30 μL/L.实验结果表明该方法相对误差低于1.7%, 满量程误差低于1.3%, 零漂0.09 μL/L, 72 h内重复性良好.在420 cm光程条件下, 该方法能够高精度测量30 μL/L内的SO2气体, 解决差分吸收光谱法中浓度与光程之间的冲突, 适用于燃煤电厂超低排放监测仪器的研制.
大气光学 气体监测系统 统计量 二氧化硫 吸收光谱 烟气 差分光学吸收光谱 Atmospheric optics Gas detectors Statistics Sulfur dioxide Absorption spectroscopy Flue gases Differential optical absorption spectroscopy
1 北京理工大学化学学院, 北京100081
2 北京市理化分析测试中心, 北京 100089
硫在富燃空气-乙炔火焰中可以形成CS双原子分子。 CS双原子分子的吸收轮廓与原子光谱吸收类似, 因此可以利用原子吸收光谱方法进行定量分析。 建立了高分辨连续光源原子吸收光谱法分析果脯中二氧化硫含量的方法。 果脯中的二氧化硫经酸化、 蒸馏、 过氧化氢氧化等过程转变为硫酸根, 通过连续光源原子吸收光谱法检测。 对影响二氧化硫检测灵敏度的乙炔流量、 火焰高度等仪器参数进行了优化, 并考察了样品中硫酸根、 硫代硫酸根等不同形态硫对二氧化硫分析的干扰。 优化条件下, 在257.961 nm波长的检出限为52.4 mg·kg-1; 相对标准偏差小于10%。 应用于北京市售果脯样品二氧化硫含量测定, 平均回收率在85.7%～115.7%之间。 该方法具有准确快速、 干扰少等优点, 拓宽了原子吸收光谱法的应用范围。
连续光源原子吸收光谱法 蒸馏 CS吸收 二氧化硫 果脯 Continuum source atomic absorption spectrometry Distillation CS absorption Sulfur dioxide Reserved fruits 光谱学与光谱分析
2016, 36(4): 1221
1 北京市疾病预防控制中心与北京市预防医学研究中心食物中毒诊断溯源技术北京市重点实验室, 北京 100013
2 中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室, 北京 100085
3 北京市顺义区疾病预防控制中心, 北京 101300
针对日益严重的植源性中药材中二氧化硫（SO2）浓度超标问题, 研究基于最新的三重串联四极杆电感耦合等离子体质谱（ICP-MS/MS）技术建立了一种快捷、 准确的二氧化硫检测方法。 该方法可以有效地降低背景中多原子离子的干扰, 提高检测灵敏度与标准曲线的线性范围。 使用氧气作为反应气, 对32S16O2-4和34S16O2-4的检出限分别为5.48和9.76 μg·L-1, 线性范围0.02～100 mg·L-1(r> 0.999）。 0.5 g中药样品加入6 mL硝酸和2 mL双氧水, 使用微波消解方式对样品进行消解。 选用柑橘叶标准参考物质对方法的可靠性进行考察, 样品平行处理测定6次后所得浓度值在标准值范围内。 结果表明, 本方法可以实现中草药中SO2浓度的准确测定, 样品处理过程以及样品中背景元素不会对定量结果的准确性产生干扰。
三重串联四极杆电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS/MS） 中草药 二氧化硫 微波消解 硫磺熏蒸 Triple quadrupole inductively coupled plasma mass Chinese herbal medicines Sulfur dioxide Microwave digestion Sulfur fumigation
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对氨气(NH3)和二氧化硫(SO2)气体吸收谱线在196~214 nm 波段区域存在谱线重叠的问题，在采用傅里叶变换的差分吸收光谱法测量气体浓度基础上，采用分波段方法，解决NH3 和SO2 特征频谱相互串扰对测量的影响，采用非线性修正方法，解决在SO2 高浓度情况下出现的非线性吸收对NH3 气体测量的影响，采用经验模态分解(EMD)降噪处理方法，提高信噪比，最终实现对NH3和SO2气体浓度的同时准确测量。实验结果显示，NH3各个浓度测量误差均在±0.15 mL/m3以内，相对误差不超过±1.5%，最低可探测浓度为1.5 mL/m3；SO2各个浓度测量误差均在±2 mL/m3以内，相对误差不超过±1%，最低可探测浓度为16 mL/m3。
光谱学 差分吸收光谱 傅里叶变换 经验模态分解 氨气(NH3) 二氧化硫(SO2)
华北电力大学能源动力与机械工程学院, 河北 保定 071003
差分吸收光谱法(differential optical absorption spectroscopy, DOAS)是一种常用的污染气体监测方法, 对所监测的光谱数据去噪可以提高反演精度。 可采用傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)滤波法滤除光谱数据中的噪声, 但该算法本身会引入误差。 提出一种线性调频Z变换法(chirp Z transform, CZT), 通过对傅里叶变换之后的频谱进行局部细化, 能够在保留傅里叶变换滤波法去噪效果的基础上, 对算法的误差进行补偿, 从而进一步提高反演精度。 实验配置了SO2及NO2进行浓度反演, 结果表明, 直接采用相除法反演浓度时误差较大且很不稳定, 线性调频Z变换法能够获得比傅里叶变换滤波法更高的反演精度。 模拟了SO2和NO2混合气体实验, 频谱分析结果表明FFT算法无法解决特征吸收结构被扭曲、 削弱等问题, CZT算法能完成特定频段频谱的精细化重构。
差分吸收光谱法 线性调频Z变换 二氧化硫 二氧化氮 Differential optical absorption spectroscopy (DOAS Chirp-z transformation Sulfur dioxide Nitrogen dioxide 光谱学与光谱分析
2015, 35(6): 1633
华南师范大学 物理与电信工程学院, 广州 510006
为了获得紫外荧光二氧化硫分析仪中所需的213.4nm激发光, 研究了采用色散型紫外滤光器的参数优化, 系统分析了装置中入射和出射狭缝对输出光的强度、稳定性及光谱纯度的影响, 探讨了其物理机制, 并通过实验得到了该装置中的最优参数为入射狭缝宽度50μm, 出射狭缝宽度40μm。该结果对于提高仪器的准确性、灵敏度及长期稳定性等性能参数有重要意义。
紫外荧光 二氧化硫分析仪 紫外滤光器 ultraviolet fluorescence sulfur dioxide analyzer ultraviolet filter
1 中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州 221116
2 淮北师范大学物理与电子信息学院，安徽淮北 235000
3 中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州 221116，
针对大气痕量气体浓度的二维分布重建问题，本文提出了一种以差分吸收光谱断层扫描技术重构大气痕量气体空间分布的方法，用两台被动多轴差分吸收光谱系统 (MAX-DOAS)对待测烟羽进行层析扫描，使用 DOAS技术反演出的气体斜柱浓度，进而通过代数迭代算法(ART)把其中的浓度分布信息提取出来。采用高斯分布烟羽为重构对象，用数值模拟的方法对重构效果进行了研究分析，分析表明重建结果与模型基本一致，表明了气体分布测量方法的可行性。为了研究在实际测量中的误差对气体分布重建结果的影响，在投影数据中添加了不同比例的随机误差，研究表明，投影误差对气体浓度分布重建结果影响很小。
被动差分吸收光谱 断层扫描 代数迭代算法 二氧化硫 passive DOAS tomography algebraic reconstruction technique sulfur dioxide
中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
对非分散红外SO2 气体检测技术及其运行机理作了系统介绍。分析了非分散红外 SO2 气体检测的吸光度获取方案及浓度反演方法。以三阶多项式为拟合模型，采用非线性最小二乘法获得了系 统的定标曲线。对系统的测量准确度进行了相关分析，得出测量误差< 2 %。结果表明，利用非分散红外光谱吸收法能 够实现对SO2 气体的准确测量，可为其它气体的测量提供相似的解决方案。
红外技术 非分散红外 气体检测 二氧化硫 infrared technique non-dispersive infrared gas detection sulfur dioxide
