LP-DOAS测量乙二醛时大气中干扰吸收的去除(英文)

针对利用长光程差分吸收光谱技术在实现对大气中乙二醛实时监测中,一些干扰结构(Xe灯结构,H2O、NO2和O4干扰吸收)对长光程差分吸收光谱技术的影响,讨论了乙二醛的光谱反演方法对干扰吸收的准确去除.针对Xe灯结构由于压力和多普勒展宽程度等的变化而引起的Xe灯结构的非线性变化,采用不同时刻的参考灯谱通过光谱插值的方式准确去除,其去除误差引起的剩余结构可降低到比乙二醛的最低理论检测限低3倍;针对H2O的非线性吸收以及特征吸收结构随柱浓度的不同而变化的特点,采用较高和较低浓度H2O吸收光谱插值的方法准确去除了严重干扰乙二醛准确反演的H2O的吸收结构,其去除误差引起的剩余结构可降低到比乙二醛的最低理论检测限低10倍;另外,对于在此波段存在干扰的NO2和O4的吸收结构也实现了准确地去除.干扰结构的准确去除使DOAS对乙二醛的监测实现了较低的实际检测限(0.15ppbv)和较低的测量误差(～10%).最后,在广州郊区对实际大气进行了实际监测,其浓度范围在低于检测限到1.66ppbv之间,与文献报道的浓度范围和变化趋势十分吻合.     

Effect of Atmospheric Interfering Absorption on Measurement of BTX by DOAS

利用差分吸收光谱技术(DOAS)研究了去除BTX(大气中芳香烃污染物的主要成分)测量中O2、O3和SO2的干扰吸收. 针对O2的非线性吸收以及特征吸收结构随柱浓度的不同而变化的特点,研究了O2吸收组成成份－各个吸收带的非同步变化,即三个Herzberg吸收带与O2二聚体吸收带间的非同步变化,以及三个Herzberg吸收带之间,O2-O2和O2-N2两种二聚体吸收带之间也存在的非同步变化;结合各个吸收带的来源与特点研究了各个吸收带在O2吸收中的比重,以及对O2吸收在大气谱中校准误差的影响,最后得出最佳去除方法并证明了光程插值去除O2吸收的可能性. 针对大气中含量较高的O3与SO2的吸收,主要研究了吸收谱主要的影响因素-温度效应对于O3和SO2吸收结构去除误差的影响,讨论了用插值方法去除O3吸收结构时应选择的最佳温度条件. 最后,通过对实际大气进行了实际监测,获得了与点式仪器GC的检测结果的较好相关性,并得到了较低的BTX的检测限,验证了该方法的可行性.     

基于O2-O2吸收的非相干宽带腔增强吸收光谱浓度反演方法研究

针对传统非相干宽带腔增强吸收光谱浓度反演方法的定量结果易受镜片反射率标定误差的影响问题, 提出了一种基于测量大气O₂-O₂吸收的浓度反演方法. 该方法是将非相干宽带腔增强吸收光谱技术的光学增强腔等效成吸收光程不随波长变化的多次反射池, 首先根据测得的宽带腔增强大气吸收谱和参考谱计算出光学厚度, 并应用差分光学吸收光谱算法拟合修正后的气体吸收截面到光学厚度, 反演得到大气中O₂-O₂以及被测气体的柱浓度, 然后根据O₂-O₂在大气中的含量已知且相对稳定这一特性, 确定出等效多次反射池的吸收光程, 最后从被测气体的柱浓度中扣除吸收光程信息得到被测气体的浓度值. 以监测大气中NO₂实验为例, 应用该方法在454-487 nm波段反演得到了大气NO₂的浓度(1-30 ppbv范围内), 并将反演结果与传统浓度反演方法的结果进行了对比, 发现两者的不一致性在7%以内. 实验结果表明, 非相干宽带腔增强吸收光谱技术可以利用大气O₂-O₂的吸收来定量其他被测气体的浓度, 而且定量结果对镜片反射率的标定误差不敏感.     

差分吸收光谱中甲醛的反演研究

由于甲醛(HCHO)在城市大气光化学反应中的重要性,测量大气环境中的甲醛已经成为全球的热点。针对目前国内检测甲醛的方法基本局限于化学法,文章详细介绍了采用差分吸收光谱(DOAS)技术反演得到大气环境中甲醛的方法,利用自制的差分吸收光谱系统测量了北京地区大气中的甲醛。文章分析了DOAS反演过程中反演甲醛光谱波段的选择及去除大气中SO₂,NO₂,O₃的吸收以及氙灯灯谱结构对光谱反演中的交叉干扰影响;通过采用选择不同干扰气体所对应的最优波段,同时反演获得大气环境甲醛的浓度,避免了甲醛选择波段过窄,干扰气体去除不全的缺点;通过对误差来源的分析,得到该甲醛的反演方法总误差在13.7%内。     

差分吸收光谱法对大气中挥发性有机物光化学作用指示剂的监测与反演

差分吸收光谱技术 (DOAS)由于高时间分辨率、高灵敏度和低操作费用等特点非常适合对大气中痕量的挥发性有机物 (VOCs)的光化学作用指示剂——O₃,O_x(O₃+NO₂)和HCHO进行实时追踪。 但由于这些指示剂含量较低,测量精度易受干扰。 文章利用自行研制的差分吸收光谱系统,对VOCs的光化学作用指示剂测量方法和数据反演进行了研究,通过增加信噪比,扣除背景杂散光等手段对其进行了准确测量;针对标准吸收截面的温度效应、光谱固有结构和灯谱结构的干扰,改进了干扰的对除方法;并对不同波段反演O₃,NO2和HCHO的干扰因素,反演浓度结果和反演准确度进行了分析与对比,以合适的波段准确反演物质浓度。     

差分吸收光谱方法反演大气环境单环芳香烃有机物

差分吸收光谱技术(differential optical absorption spectroscopy, DOAS)是利用气体分子在紫外-可见光谱范围的特征吸收来测量其浓度含量,如SO₂,NO₂,O₃等。由于大气环境中的芳香烃有机物含量较低,并且其在紫外的特征吸收光谱与O₂和O₃分子的吸收谱相互重叠,交叉干扰,使得对芳香烃有机物的测量比较困难。文章利用自制的差分吸收光谱系统,采用与实际测量光程接近、经过插值的氧气分子吸收柱密度作为氧气分子吸收的参考光谱,通过最小二乘拟合去除其干扰,另外采用不同温度下的O₃吸收截面作为参考光谱修正O₃的温度效应,测量了大气环境中的苯、甲苯、二甲苯和苯酚,表明差分吸收光谱方法能满足大气环境中单环芳香烃的测量。     

大气污染物垂直廓线扫描差分吸收光谱方法研究

差分光学吸收光谱法(DOAS)已经成为测量大气痕量气体含量的常用方法,该方法灵敏度高,可同时监测多种大气痕量气体.提出了应用差分吸收光谱方法监测大气痕量气体垂直分布,结合放置数套角反射器的近地层高塔,研制出扫描长光程差分吸收光谱(扫描LP-DOAS)系统.应用此系统于2007年夏季对北京城市重要大气污染物NO2的垂直分布进行了外场监测,准确获得了NO2沿各光路的积分浓度,确定了系统在各光路的检测限和系统总的测量误差.基于垂直廓线模型,成功反演了NO2的垂直廓线和垂直梯度.研究结果表明扫描LP-DOAS技术监测城市大气近地层痕量气体垂直分布的可行性.     

短光程下差分吸收光谱法测量烟气浓度的研究

介绍了一种基于差分吸收光谱技术(DOAS)的烟气浓度反演方法,将该方法应用于实际的多组分气体检测中。文中使用短光程和分辨率较低的国产光谱仪,在信噪比较低的情况下,应用DOAS算法,设计了基于最小二乘法的NO和SO_2混合气体浓度计算方法;详细介绍了NO和SO_2气体的差分吸收截面获取方法,详述了SO_2和NO混合气体在不同波段的浓度反演方法;在常温常压下,实现了单组分SO_2、NO气体和混合气体的在线实时监测。实验结果表明,方法能够检测短光程下(300mm)的单组分SO_2、NO气体和混合气体,检测结果比较稳定,误差较小。     

二次傅里叶变换去噪在差分吸收光谱技术中的应用研究

实际烟气测量中,容易受烟气内多种组分和尘以及介质不均匀、瑞利散射、米散射等因素的影响,应用傅里叶变换寻求信号的频率特性,去除噪声等干扰。提出一种新的差分吸收光谱法,将获取的差分吸收光谱进行两次傅里叶变换,一次傅里叶变换去除噪声干扰的影响;二次傅里叶变换利用对应的特征频率幅值与浓度的关系,建立浓度反演方程,由气体差分吸收光谱经两次傅里叶变换后的特征幅值直接求出气体浓度。新的差分吸收光谱法完全摆脱了扣除暗电流的差分吸收光谱技术分析过程,减少了差分吸收光谱分析和气体浓度反演过程,有利于提高浓度反演精度。     

可调谐二极管激光吸收光谱氧气测量中的导数光谱处理与浓度反演算法研究

氧气是发动机燃烧过程的必需成分,在飞行器进气道进行氧气监测需求迫切。针对飞行器上的工程要求和应用特点,设计了一种波长线性扫描可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)短光程系统结合有限冲击响应(FIR)滤波二阶导数谱算法的方案完成了氧气吸收微弱信号的提取和浓度反演。根据TDLAS工作原理和吸收信号特征,对二阶导数谱用于气体浓度反演的理论依据进行了推导,在此基础上提出一种基于FIR的数字滤波方案来完成吸收信号的噪声滤除和二阶导数谱的提取。实验结果证明,该方案简单易行,提高了检测信噪比,降低了检测限,浓度反演结果准确、线性良好。     

Application of a broadband blue laser diode to trace NO2 detection using off-beam quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy

We applied for the first time, to our knowledge, broadband off-beam quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy (BB-OB-QEPAS) to trace NO2 detection using a broadband blue laser diode centered at 450?nm. A detection limit of 18?ppbv (parts in 10(9) by volume) for NO2 in N2 at atmospheric pressure was achieved with an average laser power of 7?mW at a 1?s integration time, which corresponds to a 1?σ normalized noise equivalent absorption coefficient of 4.1×10(-9) cm(-1)?W=Hz(1=2). An Allan variance analysis was performed to investigate the long-term stability of the BB-OB-QEPAS-based NO2 sensor.     

石墨炉原子吸收光谱法测定茶多酚中铅

采用石墨炉原子吸收光谱法测定茶多酚中铅.磷酸二氢铵和硝酸镁作为混合基体改进剂,可提高灰化温度,消除基体干扰.方法简便快速、结果准确.相对标准偏差为3.2%,回收率为103%,检出限为0.11mg/kg.     

Photoacoustic spectroscopy of formaldehyde with tunable laser radiation at the parts per billion level

Selective and sensitive detection of formaldehyde (CH₂O) was achieved using a grazing-incidence optical parametric oscillator (GIOPO), pumped at high repetition rate, as a light source for photoacoustic spectroscopy. The photoacoustic spectrum of formaldehyde was measured in the range from 2785 to 2840 cm^-1 and an absorption line at 2805.0 cm^-1 was selected for detection. Concentrations down to 20 ppbv (parts per billion by volume) formaldehyde in nitrogen were recorded. The detection limit determined by background fluctuations was 3 ppbv (S/N=1) for 3 s lock-in time constant and 3 min acquisition time. The 2805.0 cm^-1 absorption line of the ν₁ vibrational mode was chosen because of the absence of interference with water and carbon-dioxide bands. This allowed the direct detection of formaldehyde in laboratory air without filtering. PACS 42.62.Fi; 42.68.Ca; 42.65.Yj; 07.07.Df     

Atmospheric ozone concentration measurement by UV light-emitting diode radiation absorption

The concentration of ozone produced in the atmosphere under mercury lamp light is measured using an UV light-emitting diode by the absorption spectrum in the range of 260–270 nm. The absorbance and ozone concentration measurement sensitivity is k = 8 · 10^?7 cm^?1 and ～3 ppbv, respectively.     

Sub-part-per-billion monitoring of nitric oxide by use of wavelength modulation spectroscopy in combination with a thermoelectrically cooled, continuous-wave quantum cascade laser

We used a thermoelectrically cooled, continuous-wave, quantum cascade laser operating between 1847 and 1854 cm(-1) in combination with wavelength modulation spectroscopy for the detection of nitric oxide (NO) at the sub-part-per-billion by volume (ppbv) level. The laser emission overlaps the P7.5 doublet of NO centered around 1850.18 cm(-1). Using an astigmatic multiple-pass absorption cell with an optical path length of 76 m, we achieved a detection limit of 0.2 ppbv at 10 kPa, with a total acquisition time of 30 s. The corresponding minimal detectable absorption is 8.8 x 10(-9) cm(-1) Hz(-1/2).     

Quantum cascade laser photoacoustic detection of nitrous oxide released from soils for biofuel production

In order to investigate the generation of greenhouse gases in sugarcane ethanol production chain, a comparative study of N₂O emission in artificially fertilized soils and soils free from fertilizers was carried out. Photoacoustic spectroscopy using quantum cascade laser with an emission ranging from 7.71 to 7.88 µm and differential photoacoustic cell were applied to detect nitrous oxide (N₂O), an important greenhouse gas emitted from soils cultivated with sugar cane. Owing to calibrate the experimental setup, an initial N₂O concentration was diluted with pure nitrogen and detection limit of 50 ppbv was achieved. The proposed methodology was selective and sensitive enough to detect N₂O from no fertilized and artificially fertilized soils. The measured N₂O concentration ranged from ppmv to ppbv.     

分辨率对大气中痕量污染气体的DOAS测量性能影响研究

在差分吸收光谱(DOAS)测量过程中,光谱分辨率的选择直接决定了污染气体浓度的测量准确度.主要研究了光谱分辨率对污染气体被榆测到的特征吸收结构形状的影响,以及差分吸收截面随分辨率的变化趋势,从而确定了光谱分辨率对污染气体最低可检测浓度的影响,通过研究分辨率与光强的关系,确定了分辨率与信噪比(S/N)的函数关系式,得出了DOAS测量NO2,O3,和SO2的最佳信噪比范围,对多种污染物标准气体进行了同时监测,计算出标准气体在不同光谱分辨率下的测量误差,确定了对NO2,O3和SO2监测的最适用的分辨率范围.在此分辨率范围既能够实现对痕量气体的准确定性定量测量,又能达到测量所需要的高灵敏度,强选择性和适用的时间分辨率.通过在北京丰台区的实际监测得到了与点式仪器测量结果很好的一致性.