滨松产品在烟气监测的应用_滨松光子学商贸(中国)有限公司

滨松产品在烟气监测的应用

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杨春晓（ycx@hamamatsu.com.cn），张顺斌

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在气体污染监测中，我们可以简单的分为环境空气和烟气两类。烟气是针对工厂烟囱排放出来的气体中各种污染气体的含量的监测，一般来说污染浓度更高；环境空气监测是针对空气中各种污染气体的含量进行测定。

大气六参数

一般用环境空气质量指数（AQI）六参数（PM2.5、PM10、SO₂、NO_x、CO、O₃）作为空气污染的指标。

推荐方法（国标）	AQI	污染物来源	其他方法（国标）
Beta法	PM2.5	扬尘、由气态污染物转化的盐类物质、燃煤、人为排放的废气等	重量法、震荡天平法
Beta法	PM10	扬尘、由气态污染物转化的盐类物质、燃煤、人为排放的废气等	重量法
紫外荧光法	SO₂	SO₂：燃煤、有色金属冶炼过程排放、工厂废气排放等	--
DOAS法	SO₂ 、NO_x	NO_x：燃煤、汽车尾气、工厂废气排放等	--
化学发光法	NO_x 、O₃	--	--
化学发光法	O₃	光化学烟雾	--

紫外吸收法
分光光度法
*非色散红外法	CO	化石燃料燃烧、汽车尾气	气相色谱法
* CO测定的光学方法以非分散红外法为主，具体可参考：滨松气体在痕量气体分析的应用。

SO₂、NO_x测定：DOAS法

1. 原理：以被测气体在紫外和可见光波段的差分吸收光谱特征为基础，通过差分吸收光谱的强度来反演气体的浓度。

2. 装置：光源和发射、接收系统。

3. 监测过程：
（1）光源（氙灯）发出的光由次镜M1反射到主镜M的外面一部分，被准直为平行光，射向远处的角反射镜；
（2）从角反射镜返回的光被主镜M的里面一部分会聚，经次镜M2再次反射后，最后聚集在光纤的入射端面；
（3）光通过光纤后，入射到单色仪的入射狭缝，经单色仪分光后，照射到单色仪的出射窗口，按波长大小排列成光谱；
（4）快速扫描装置在出射窗口对光谱进行扫描，通过狭缝的光照射到光电倍增管的光阴极面；
（5）微型光谱仪将光信号转变为电信号，最后经过A/D转换送入计算机进行处理。

4. 特点：
（1）DOAS系统的监测范围很广，所测得的气体浓度是沿几百米到几公里长的光路上的气体浓度的均值，所以测量结果更具有代表性；
（2）DOAS属于抽取采样、非接触测量，能够避免测量对象的化学变化、采样器壁吸收等损失；
（3）DOAS的监测范围在可见光和紫外光波段，水的吸收光谱在紫外区域外，所以该方法在大气等易受水吸收影响的环境中有效；
（4）DOAS系统采用光学仪器比较稳定，因此，维护量小，运行费用低；
（5）DOAS技术可对光谱反演算法中剩余光谱成分的分析，在揭示空气中尚未发现的成分方面有很大的潜力。

5. 滨松产品：

PM2.5、PM10测定：Beta法

PM2.5：环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5 μm的颗粒物。

1. 原理：当原子核发生β衰变时，释放出β粒子。β粒子其实是一种快带电粒子，穿透能力强。当它通过一定厚度的吸收材料时，其强度随着吸收层厚度的增加而逐渐降低，这称为β吸收。

2. 装置：

切割器：能将大气颗粒物中空气动力学直径小于或等于2.5μm的颗粒物分离出来。它是PM2.5测量仪器的核心器件，决定了收集颗粒物的大小。

可以根据所测颗粒物粒径大小选择合适的切割器。
PM2.5切割特性 → Da50=(2.5±0.2) μm δg=(1.2±0.1) μm
PM10切割特性 → Da50=(10±0.5) μm δg=(1.5±0.1) μm。
用于监测PM10或者是PM2.5的区别一般在于采样部分的切割器。
应用于大气监测站（PM2.5，PM10）、工地扬尘（PM2.5，PM10，TSP）

3. 监测过程：在滤纸上收集pm2.5，然后照射一束β射线，光线通过粒子时会衰减，光线的衰减程度与粒子的重量成正比。具体是样品空气通过切割器以恒定的流量经过进样管，颗粒物截留在滤带上。β射线通过滤带时，能量发生衰减，通过对衰减量的测定计算出颗粒物的质量。

4. 滨松产品：

我是一张图片

CH320-02

CH286-05

NO_x、O₃测定：化学发光法

1. 原理：
（1）依靠化学反应释放的能量激发辐射光。不同的化学反应产生不同波长的辐射光。通过检测化学辐射的光强计算待测物质的浓度；

（2）测定NO_x：O₃（过量）+NO → NO₂（激发态） → NO₂（基态）+红光；

（3）测定O₃：O₃+乙烯（过量） → 最大波长约为400 nm的可见光。

2. 特点：
（1）不需要外部能量，信噪比高、灵敏度高。监测微量气体能达到10^-9数量级；
（2）化学发光法测氮氧化物发出的红光比较弱，需要使用PMT。因为反应室温度较高，一般需要对PMT进行制冷，制冷能够有效地降低暗电流。

滨松产品：PMT

CC238：PMT

管座型高压电源模块，采用+15 V电压输入，50 KΩ电位器或 0~+5 V 电压控制。
适用PMT型号：Φ28 mm 侧窗型PMT。

SO₂测定：紫外荧光法

1. 原理：紫外荧光的本质是分子荧光光谱法，利用某些物质分子受光照射时所发生的荧光的特性和强度对该物质进行定量的分析。。 2. 监测过程：试样被引入到高温裂解炉之后，在富氧条件下，样品被气化并且发生氧化裂解反应，其中的硫化物定量地转化成二氧化硫。反应气由载气携带，通过膜式干燥器脱去其中的水份后进入反应室被紫外线照射，因为这种荧光发射的强度与原试样中的总硫含量成正比，所以通过测定荧光发射的强度来测定试样中的硫含量。
3. 滨松产品：
由于214 nm的紫外光激发SO₂发射340 nm的荧光。所以可以选择闪烁氙灯模块（5~20 W）作为光源。探测器可以选择 PMT（R1527、CR316-01、CR316-02）。

O₃测定：紫外吸收法

1. 原理：用稳定的紫外光源产生紫外线，过滤掉其它波长的紫外光，只允许波长253.7 nm的光通过。光经过样品光电传感器，再经过臭氧吸收池后，到达采样探测器。通过样品探测器和采样探测器电信号的比较，再经过数学模型的计算，就能得出臭氧的浓度。臭氧的特征吸收为：254 nm，光源通常选用低压汞灯，滨松提供可以发射对应波长的氙灯。 2.装置：（1）氙灯：利用高气压或超高气压氙气的放电而发光的电光源，发出紫外到红外的连续光谱（200 nm～2000 nm），特性与太阳光谱相似。常将氙灯作为太阳光的模拟光源，比如在光催化分解水制氢/氧/全分解水、CO₂还原、光降解等各类光催化实验中。（2）汞灯：汞放电时产生汞蒸气获得可见光的电光源，光谱偏向于紫外区域。汞灯所发出的光其光谱为特征谱线，典型波长为254 nm、313 nm、550 nm等。
滨松产品：
由于214 nm的紫外光激发SO₂发射340 nm的荧光。所以可以选择闪烁氙灯模块（5~20 W）作为光源。探测器可以选择 PMT（R1527、CR316-01、CR316-02）。
PD：S12742-254 带干涉滤光片的光电二极管，用于单色光（254 nm）检测，峰值灵敏度波长为254 nm（典型值），光谱响应范围252~256 nm。注意：在使用过程中应做好可见/红外波段光的屏蔽。
日盲光电管 R6800U-01 光电管的优点是耐紫外线照射能力较强，不容易劣化；光谱响应：185~350 nm；峰值波长：240 nm；光阴极材料：Cs-Te；入射窗材：UV玻璃

O₃测定：分光光度法

1. 原理：

（1）分子/离子吸收紫外和可见光，导致其中的价电子跃迁。主要使用200~800 nm波段。

（2）定性基础：不同的物质有不同的吸收光谱。
（3）定量基础：吸光度 ∝ 浓度

在分光光度计中，将不同波长的光连续地照射到一定浓度的样品溶液时，便可得到不同波长相对应的吸收强度。如以波长（λ）为横坐标，吸收强度（A）为纵坐标，就可绘出该物质的吸收光谱曲线。

2.装置：

紫外-可见分光光度计的组成：

（1）辐射源：稳定、能提供使用波段的连续光谱；

（2）单色器：由入射、出射狭缝、透镜系统和色散元件（棱镜或光栅）组成，用以产生高纯度单色光束、其功能包括将光源产生的复合光分解为单色光和分出所需的单色光束；

（3）吸收池：供盛放试液进行吸光度测量用，分为石英池（紫外-可见）和玻璃池（可见）两种；

（4）探测器：PMT（更灵敏）或PD 显示装置：微处理机、荧光屏显示和记录仪等；

（5）显示装置：微处理机、荧光屏显示和记录仪等。

滨松产品：

产品	特点	型号
PMT	需要覆盖200~800 nm，多碱，过狭缝	侧窗，多选用R928、CR131，配套管座CC238
PD	覆盖200~800 nm、需要较大的面积来提高响应	S1336-8BQ、S1337-1010BQ
D2	紫外可见对D2的要求高于原子吸收	L2D2中的代表型号有 L6565
XeF	超微量一般对仪器体积有要求	选择2W或者5W模块，L13651-01、L9455-01
微型光谱仪/图像传感器	低成本光谱仪	选择以S11639-01作为探测器

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