基于棱镜气室的光纤甲烷传感系统的研究

综合运用棱镜气室与谐波检测技术,构建了适用于宽广浓度范围内的光纤甲烷检测系统。以大气环境为背景,基于比尔-朗伯(Beer-Lambert)定律在气体弱吸收时的近似表述,利用背景扣除和比值处理技术,实现了常压下甲烷不同浓度水平(0～20%)的检测。利用渐变折射率透镜(GRIN)气室测量了甲烷在不同浓度时的直接吸收谱,结合现有DFB-LD光源选择甲烷2ν₃带的R5支(1 648.212 nm)作为被测吸收峰。在不同浓度气体配置过程中,进行了系统的在线实验,结果表明系统示值与浓度变化间线性良好,而且系统的稳定性和动态响应特性比较理想。该系统可根据不同现场环境的甲烷浓度水平,选择适当强度的吸收线,通过步进电机调节棱镜中线间的距离,进而改变气室内有效吸收光程,拓展了仪器的应用领域,可作为煤矿巷道或天然气管道沿线的瓦斯监测仪器。     

含钼(钨)锡键的四元金属有机杂环化合物的合成与反应研究

通过三苯基锡基-双(3,5-二甲基吡唑)甲烷与羰基钼的反应合成了钼锡键合的四元金属杂环化合物CH(3,5- Me₂Pz)₂Mo(CO)₃SnPh₃ (Pz＝1-吡唑基). 当用叔丁基异腈处理该化合物及其钨类似物时, 伴随着有机锡结构单元的丢失, 金属钼(钨)上发生还原消除并分解得到化合物CH₂(3,5-Me₂Pz)₂M(CO)₃(CNBu-t) (M为Mo或W). 另外, 该化合物与三苯基膦或亚磷酸甲酯及异丙酯反应时, 只发生羰基取代反应得到化合物CH(3,5-Me₂Pz)₂Mo(CO)₂(PR₃)SnPh₃ (R为苯基、甲氧基及异丙氧基). 而用亚磷酸苯酯与之反应, 除得到羰基取代产物外, 还伴随着P-O/C键的交换, 得到金属钼上还原消除的产物(PhO)₂PCH(3,5-Me₂Pz)₂Mo(CO)₃.     

射频辉光放电CH4等离子体中电子的能量分布

通过求解Lorentz简化的玻尔兹曼方程,得到射频放电CH₄等离子体中电子的能量分布函数.求解过程中使用一个简化的射频电场模型代替泊松方程求解放电电场.共计包含6类环境气体及27种电子碰撞反应.通过EEDF对等离子体中的电子反应率系数、电子平均能量、电子的传输率系数等进行求解分析.结果表明,在等离子体鞘层区域电子能量具有Maxwell分布形式,在正柱区域具有Druyvesteyn分布形式.最高电子能量和最大反应率系数出现在鞘层区域.电子的迁移率系数和扩散率系数随射频周期的演化时空分布不均匀.     

射频辉光放电CH4等离子体一维流体动力学模拟

完整建立一个关于射频辉光放电CH₄等离子体的流体动力学模型.模型包括基于迁移-扩散近似的粒子平衡方程、电子能量平衡方程,共包含了20种粒子(环境气体粒子,激发态粒子,离子和电子)和49类化学反应(电子-中性环境粒子、离子-中性环境粒子、激发态粒子-激发态粒子(中性环境粒子)).结果表明,在强电场区域有较高的电子反应率系数;等离子体中除源气体CH₄外,H₂,C₂H₆,C₃H₈,C₂H₄和C₂H₂也有较高的密度含量;激发态粒子中,CH₃含量最高,密度约为10¹⁹m^-3;在较低放电压力时(如18 Pa),CH₅⁺在离子成分中密度含量最高,当放电压力较高时(如67Pa),C₂H₅⁺在离子成分中占主导地位;除C₂H₅⁺外,其它各离子和激发态粒子在极板上的粒子流量随功率的增大逐渐升高.     

某些碱性三苯甲烷染料共振瑞利散射法测苯唑西林

在NaOH 溶液中,苯唑西林（OXA）能与某些碱性三苯甲烷染料如甲基紫（MV）、乙基紫（EV）和孔雀石绿（MG）结合,使体系的共振瑞利散射（RRS）急剧增强并产生新的RRS光谱,最大共振光散射峰分别位于333 nm(MV体系)、342 nm(EV体系)和343 nm（MG体系）,苯唑西林的质量浓度在0.080～0.60 mg/L(MV体系)、0.040～0.40 mg/L(EV体系和MG体系)时与散射强度呈良好的线性关系,检出限（3σ）分别为0.064 mg/L(MV体系)、0.024 mg/L(EV体系)和0.013 mg/L(MG体系),其中以孔雀石绿体系最灵敏,以其为例考察了共存物质的影响。 结果表明,方法具有较高的选择性,用于人血清、人尿及市售药物中苯唑西林的测定,结果满意。     

基于TDLAS的近红外甲烷高灵敏检测技术

为增强甲烷气体检测技术的气体吸收率,提高检测灵敏度,利用可调谐二极管激光吸收光谱技术,采用中心波长为1 653.7 nm的分布反馈激光器作为光源,研制了有效光程为14.5 m的Herriott型气体吸收池,并采用波长调制光谱法进行甲烷气体浓度检测。结果表明,二次谐波峰值信号与甲烷气体浓度成较强的线性关系,线性度为0.998 52,检测下限为4.82 ppm;初始积分时间为1 s时的Allan方差为6.37 ppm;积分时间到112 s时,Allan方差为427 ppb,检测灵敏度为4.27×10^-7。     

双光程光声光谱甲烷传感器

利用甲烷(CH₄)气体分子在1.6 μm的吸收特性,使用中心波数为6 046.96 cm-1的蝶形分布反馈式(DFB)激光器和自制的大内径光声池,设计了一款紧凑高灵敏的CH₄气体传感器。为了进一步增强输出光声信号强度,一个具有高反射率的平面镜放置在光声池后,使透射光束被反射后,二次通过光声池,增强了光与被测气体的作用距离,使光声信号提高了1.9倍。传感器各项参数,包括调制频率、调制深度及气体流速被优化。在标准大气压和1 s的积分时间下,该传感器最终获得的探测灵敏度为0.21 ppm,1σ归一化等效噪声系数(NNEA)为2.1×10-8 cm-1·W·Hz-1/2。该甲烷传感器使用性价比高的DFB近红外激光二极管作为激发光源,装置简单,成本低廉可以满足大气环境检测、矿井瓦斯监测、工业过程控制及无创伤医疗诊断等领域的需求。     

基于ZigBee的煤矿井下甲烷浓度检测系统设计

针对传统煤矿井下甲烷浓度采用工业总线检测方法的不灵活和存在盲点等问题,本文提出了一种基于ZigBee的煤矿井下甲烷浓度检测系统。系统采用ZigBee协议栈构建无线传感器通讯网络,该网络的终端节点感知和采集矿井甲烷的浓度,并将浓度数据通过无线传输至协调器,协调器再经过串口传输到地面的监控中心。详细介绍了检测系统的软硬件设计,并对系统进行了测试验证。     

硫化氢在金属-有机骨架材料中吸附与分离的计算模拟

摘 要: 采用优化的DREIDING力场参数,通过巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)模拟方法对天然气中的两种气体CH4和H2S在Cu6(BTTC)4(H2O)6·xS (1)和[(CH3)2NH2]3[(Cu4Cl)3(BTTC)8]·yS (2)两种金属有机骨架(MOFs)材料中的吸附与分离性能进行了比较研究.结果证明了聚合物2的吸附量和分离性能相比之下高于聚合物1,且两种材料的吸附机理存在差异,聚合物1中金属Cu和有机基团对于吸附两种气体没有明显的作用,主要分布在小孔道和大孔道;然而聚合物2中H2S和CH4主要吸附在有机基团、金属Cu和-Cl基团周围.则含有-Cl基团的聚合物2展现了优越的吸附能力和稳定性.总而言之,本文获得的结果可以应用于此类研究领域,因此在环境范围中吸附去除污染物可以产生更深层次定性和定量的作用.     

基于量子级联激光器和长光程气室的甲烷传感器

根据中红外光谱吸收原理,利用甲烷(CH₄)气体分子在7.5 μm处的基频吸收特性,设计了一种基于量子级联激光器(QCL)和新型多反射长光程气体吸收气室(MPC)的甲烷气体传感器。该仪器使用了可进行热电冷却、工作在脉冲方式下、中心波长为7.5 μm的QCL,通过在室温条件下调节其注入电流(500 mA～1.6 A调节范围),其出射光波长可以扫过CH₄(1 332.8 cm-1)气体吸收线。同时使用了一种紧凑型MPC(40 cm长,800 mL采样容积),使得系统有效总光程达到16 m。此外,系统中使用了参考气室,并加入了空间滤波光学结构以满足MPC对入射光束的要求,配合差分吸收光谱检测原理,有效地改善了光束质量,降低了由光源波动引起的噪声,提高了仪器的检测灵敏度。通过对不同浓度的甲烷气体进行多次检测,该仪器的稳定性能良好,按信噪比为1计算,可实现对甲烷气体的检测下限为1 μmol·mol-1。