1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
2 北京航空航天大学杭州创新研究院(余杭)，浙江 杭州 310023
无自旋交换弛豫(SERF)原子惯性测量仪表因具有超高的理论精度和易于集成等优势，成为超高精度惯性测量仪表的重要发展方向。均匀且稳定的温度场是SERF惯性测量仪表实现超高精度测量的重要基础，提出了一种基于光谱吸收的碱金属气室全域温度梯度测量方法，通过在线获取气室不同位置激光入射前后的强度，根据光强比与温度的函数关系可获得气室内部相应位置的温度信息。较为全面地分析了光谱吸收法实现在线碱金属气室温度测量的可行性以及线偏振检测光频率对测温结果的影响，并通过有限元仿真与实验测试结果的对比，验证了所提方法的有效性。所提温度梯度测量方法是基于仪表原有设备实现的，不引入额外干扰，简单可靠且可操作性强。此方法的提出为SERF惯性测量仪表的加热系统设计与性能提升提供了重要的技术支撑。
中国激光
2022, 49(19): 1904005
1 中国计量科学研究院, 北京 100029
2 核工业北京地质研究院, 北京 100029
在采用全杂质元素扣除法进行纯度计算时, 痕量氧对高纯金的纯度测定具有明显影响, 而以往的杂质扣除法不计算氧等非金属元素, 使得纯度测定结果缺乏说服力。 通过建立惰气熔融红外吸收法, 测量高纯金纯度标准物质中痕量氧含量, 同时采用二次离子质谱法进行了方法比对, 确保测量结果的可靠性。 优化了氧氮氢分析仪的测量参数, 确定了最佳工作条件: 吹扫时间35 s, 分析延迟75 s, 排气周期2, 排气时间25 s, 排气功率4 500 W, 分析功率4 000 W; 选择金属锡作为助熔剂, 通过氧释放实验确定金锡比为5∶3, 对金样品进行二次测量发现氧残留与空白一致, 说明锡粒的加入可以促进金中氧的释放, 从而解决了金中氧释放不完全的难题; 对锡粒进行反复脱氧, 降低空白, 获得了稳定的测量空白, 方法定量限达到0.1 mg·kg-1; 采用碳酸钠纯度标准物质对氧氮氢分析仪进行了校正, 校正系数为1.012, 同时氧的加标回收率在95%~105%之间, 验证了测量方法的可靠性并保证了测量结果的溯源性。 将高纯金制备成树脂靶件, 在二次离子质谱仪中以Cs+作为一次离子源, 光阑400 μm, 离子束强度为3 nA, 束斑大小约20 μm, 栅格扫描大小为10 μm, 二次离子光路光阑为400 μm, 质量分辨率约为2 400, 经过溅射和电离, 采集16O-和18O-离子流, 以SRM685高纯金标准物质作为测量标准, 通过标准、 样品的循环测量, 以标准和样品的离子强度对比计算含氧量。 采用两种方法的测量结果分别为(1.1±0.3)和(0.9±0.3) mg·kg-1, 两个结果在不确定度范围内一致, 对测量不确定度的评定表明其主要来源为测量重复性, 最终确定高纯金纯度标准物质中痕量氧含量为(1.0±0.4) mg·kg-1。 测量方法的建立实现了高纯金中痕量氧的准确测定, 为痕量氧测量和高纯金及其他高纯金属纯度标准物质的研制提供了有效的技术手段。
高纯金 氧 惰性气体熔融红外吸收法 二次离子质谱 High purity gold Oxygen Inert gas fusion infrared absorption spectrometry Secondary ion mass spectrometry
1 河北地质大学 信息工程学院，河北 石家庄 050000
2 河北省光电信息与地球探测技术重点实验室，河北 050031
可调谐半导体激光吸收光谱（tunable diode laser absorption spectroscopy，TDLAS）作为一种新型气体浓度测量技术被广泛应用于NH3浓度测量领域。利用Matlab可视化建模仿真软件Simulink分别实现了以中远红外量子级联激光器（quantum cascade laser，QCL）和近红外分布反馈式激光器（distributed feedback laser，DFB）做为光源的NH3浓度TDLAS直接吸收测量仿真，并且分别在常温常压和烟气脱硝出口环境参数下理论分析了NH3浓度测量灵敏度、检测限和分辨率。仿真结果表明：与传统近红外DFB光源相比，QCL-TDLAS系统理论灵敏度高约50倍，检测限与分辨率可达ppb量级，痕量NH3浓度测量能力得到大幅度提升。仿真过程和结果为QCL-TDLAS技术在NH3浓度测量方面的研究提供了理论依据。
QCL-TDLAS NH3浓度测量 直接吸收法 数值分析 QCL-TDLAS NH3 concentration measurement direct absorption method numerical analysis
汕头大学医学院生物分析实验室, 广东 汕头 515041
建立液液萃取-石墨炉原子吸收法测定生物样品中Cu(Ⅰ)方法。 200 μL血清及细胞匀浆、 细胞膜液等样本与200 μL 30%三氯乙酸混匀后, 离心去蛋白, 取上清液400与1 500 μLpH为12.5的甘氨酸-NaOH-缓冲溶液混至pH约为9, 加入含1 000 μL 0.05% 2,2′-联喹啉的正戊醇溶液, 旋涡振荡1 min, 静置分层后取有机层500 μL置于2 mL特氟隆消化管, 于95 ℃烘箱烘6 h挥发有机溶剂, 冷却至室温后分别加入200 μL硝酸和双氧水, 80 ℃水浴消化, 室温加入600 μL 1%硝酸后用石墨炉原子吸收法, 测定的结果为Cu(Ⅰ)含量。 另取100 μL血清（200 μL细胞匀浆、 细胞膜液）置于2 mL特氟隆消化管, 于80 ℃烘箱烘5 h至样品干燥, 冷却至室温分别加入200 μL硝酸和双氧水, 80 ℃水浴消化后, 室温用1%硝酸稀释成1 000 μL, 用石墨炉原子吸收法测定总铜含量。 方法检测限： 0.04 μg·L-1, 相对偏差＜5%。 回收率： 95%～102%。 用此法检测了一些无机样品和生物样品。 测定的结果表明, 宫颈癌患者血清Cu(Ⅰ)比正常人要高, 总铜含量差别不大。 一些无机样品如自来水、 农夫山泉水、 尿液含Cu(Ⅱ)离子不含Cu(Ⅰ)离子, 而生物样品如肝细胞及肝细胞膜含有Cu(Ⅰ)离子不含Cu(Ⅱ)离子。 本法可以在混有Cu(Ⅱ)离子的情况下测定Cu(Ⅰ)离子, 且10倍Cu(Ⅱ)离子浓度存在下测定痕量Cu(Ⅰ)离子无干扰。
亚铜 石墨炉原子吸收法光谱 甘氨酸 2,2′-联喹啉 Cuprous Graphite furnace atomic absorption spectrometry Glycine 2,2’-biquinoline
强激光与粒子束
2020, 32(3): 035005
1 燕山大学 电气工程学院 河北省测试计量技术及仪器重点实验室, 河北 秦皇岛 066044
2 汉中市质量技术检验检测中心, 陕西 汉中 723000
为了实现甲烷浓度的测量, 设计了基于差分吸收检测原理的甲烷浓度检测系统。检测系统中的气室部分使用了全反射棱镜配合凹面镜的方法来增加光程, 使光能够被气体充分吸收, 达到了提高测量精度的效果。在测量过程中, 受到环境因素的影响, 使得接受的信号中存在大量的噪声, 为此提出利用小波优化EEMD的方法对接收的信号进行去噪处理, 得到的信噪比为16.9925, 均方根误差为1.5447×10-4。实验结果表明相比于EEMD或小波的去噪方法, 使用小波优化后的EEMD具有更好的噪声抑制效果, 方法适用于甲烷收发谱信号的去噪处理。
光谱学 红外差分吸收法 甲烷收发谱信号 集合经验模态分解(EEMD) 小波去噪 spectroscopy infrared differential absorption method methane transmission and reception spectrum signal collective empirical mode decomposition (EEMD) wavelet denoising
1 华南理工大学电力学院, 广东 广州 510640
2 广东省能源高效清洁利用重点实验室, 广东 广州 510640
3 广东省特种设备检测研究院顺德检测院, 广东 佛山 528300
可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术测量CO2浓度时, 由于测量氛围温度变化的影响引起气体吸收谱线的线强和线型发生变化, 最终导致浓度测量存在较大误差。 为了克服温度变化对浓度测量的影响, 选用中心波长在1 580 nm的DFB激光器, 基于直接吸收法, 模拟电厂尾部烟道内的高浓度二氧化碳气体环境, 研究了在常温(298 K)和变温(298~338 K、 间隔10 K)不同温度工况下CO2浓度的测量。 结果显示, 常温浓度测量的最大相对误差为-5.26%, 最小相对误差为1.25%, 相对误差均方值为3.39%, 验证了TDLAS测量系统在常温下有着良好的测量精度和稳定性, 但其在变温测量时浓度测量结果误差较大, 其最大相对误差已经超过25%。 为了修正温度变化对浓度测量结果的影响, 适应工业测量的需要, 在变温测量基础上利用最小二乘法拟合出测量系统在不同温度下的浓度与气体吸收的修正关系式。 经过修正后, CO2浓度测量的相对误差降到5%以下, 相对误差均方值降到3.5%以下。 修正结果表明, 所提出的修正方法可以有效抑制温度变化对浓度测量结果的影响, 显著提高了测量系统在变温环境下的测量精度和稳定性, 为TDLAS系统测量CO2浓度的现场应用提供了理论支持和技术保障。
可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS) CO2浓度 温度修正 最小二乘法 直接吸收法 Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS CO2 concentration Temperature correction Least square method Direct absorption method 光谱学与光谱分析
2018, 38(7): 2048
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 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 淮北师范大学物理与电子信息学院, 安徽 淮北 235000
利用横向塞曼效应技术对烟气中的二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)等干扰气体进行背景校正。采用基于塞曼效应的汞监测系统测量得到烟气经过湿法脱硫(WFGD)处理系统前后烟气中元素汞(Hg0)的平均质量浓度分别为0.36 μg·m-3和11.08 μg·m-3, 脱硫系统处理后烟气中Hg0浓度显著升高。经分析, 烟气中约99%的SO2被脱硫浆液吸收, 生成足量亚硫酸盐, 亚硫酸盐与Hg2+发生还原反应释放出Hg0；浆液pH值的变化加速Hg2+还原反应并释放Hg0。利用WFGD系统协同脱汞可能导致烟气Hg0排放浓度升高。Hg0排放浓度与烟气中其他成分的浓度均具有一定的相关性, 这与理论分析一致, 表明横向塞曼原子吸收法可以有效去除SO2、NOx等气体的干扰, 验证了应用横向塞曼原子吸收法检测烟气汞含量的准确性与可行性。
大气光学 塞曼效应 汞 烟气 原子吸收法 干扰气体 激光与光电子学进展
2017, 54(8): 080101
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 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 淮北师范大学物理与电子信息学院, 安徽 淮北 235000
为了解决燃煤烟气汞监测困难的问题, 搭建了基于横向塞曼效应的烟气汞在线监测系统。当自然汞灯光源处于磁感应强度为1.5 T强磁场中时, 塞曼效应使得253.65 nm共振吸收线分裂为π和σ±线偏振光。利用汞原子吸收π线偏振光但不吸收σ±线偏振光的特性, 可实现对干扰气体和颗粒物等干扰背景的精确校正, 系统的探测下限为66.3 ng/m3。当烟气中二氧化氮气体的体积分数不高于5.09×10-4、二氧化硫的体积分数不高于1.83×10-4时, 系统的汞检测不受影响。对燃煤电厂的烟气汞排放进行了连续8 d的监测, 得到烟气汞的平均质量浓度为8.3 μg/m3, 质量浓度最大值为19.4 μg/m3, 均低于国家标准的规定值。实验结果表明, 烟气汞在线监测系统可对烟气中的干扰气体以及颗粒物等进行精确背景校正, 实现烟气汞的准确测量, 满足复杂烟气环境下对汞的长期在线监测。
大气光学 塞曼效应 烟气汞 原子吸收法 干扰气体
1 内蒙古大学化学化工学院, 内蒙古 呼和浩特 010021
2 内蒙古中煤远兴能源化工有限公司, 内蒙古 乌审旗 017300
提出了一种测量痕量重金属镉的新方法。 该方法创新性地以Mn(Ⅱ)作为载体离子, 以2-(5-溴-2-吡啶偶氮)-5-二乙氨基苯酚(5-Br-PADAP)作为共沉淀剂, 共沉淀分离富集虾、 贝样品中的镉, 同时采用火焰原子吸收法进行测定。 重点探讨了共沉淀剂加入量、 载体离子加入量、 pH值、 共沉淀时间、 共存离子的干扰等因素对共沉淀分离富集效果的影响, 从而确定了Mn(Ⅱ)-5-Br-PADAP共沉淀分离富集测定镉的最佳共沉淀条件。 实验结果表明, 当pH 7且大量干扰离子存在的条件下, Mn(Ⅱ)-5-Br-PADAP体系对镉有良好的共沉淀分离富集效果, 很好地克服了基体干扰。 共沉淀体系中镉含量在0.1～1.0 mg·L-1范围内时镉含量与吸光度呈线性关系。 该方法的灵敏度为0.147(mg·L-1)-1, 精密度为0.73%, 对镉的检出限(3σ)为4.27 μg ·L-1。 食品样品比较复杂, 对其中痕量重金属含量的测定必须经过消化、 分离富集等一系列预处理过程才能得到最准确地答案。 所以通过对比直接用火焰原子吸收法与应用本方法测定样品中镉含量的区别, 进一步说明了Mn(Ⅱ)-5-Br-PADAP体系对样品中重金属镉有很好的分离富集效果。 根据该方法, 采用标准加入法测得干贝样品中镉的含量为1.85 mg·kg-1, 干虾样品中镉的含量为1.74 mg·kg-1, 基本符合国际食品法典委员会的标准。 为了证明该方法的可靠性与真实性, 做了加标回收实验, 结果显示干虾干贝样品中镉的加标回收率范围为99.9%～100.3%, 相对标准偏差为0.15%～0.83%。 用Mn(Ⅱ)-5-Br-PADAP共沉淀分离富集样品中的痕量镉具有重现性好、 准确度高、 简单快速等的优点, 分析结果令人满意。
共沉淀 锰 2-(5-溴-2-吡啶偶氮)-5-二乙氨基苯酚 火焰原子吸收法 镉 Coprecipitation Manganese 2-(5-bromo-2-Pyridylazo)-5-Diethylaminophenol Flame Atomic Absorption Spectrometry Cadmium 光谱学与光谱分析
2016, 36(10): 3351
