激光光谱技术在环境监测中的应用专题系列(Ⅰ) 光谱技术在大气环境监测中的应用

碳的氧化物、硫的氧化物、氮的氧化物和卤化物等是由人类的生产活动和社会活动产生的重要的环境污染物质 .它造成了温室效应、酸雨、对流层的光化学雾和平流层的臭氧耗减等环境问题 .它威胁着人类的生存环境和地球上的生态平衡 .光谱技术可广泛应用于环境污染监测 .文章简要介绍全球面临的主要环境问题 ,重点介绍光谱技术 (包括常规光谱技术、激光光谱技术以及激光雷达等 )在大气环境监测中的应用和进展 .利用这些技术 ,可以获得污染物的组分、浓度、温度或空间分布等方面的信息 .     

激光光谱技术在环境监测中的应用专题系（Ⅰ）：光谱技术在大气环境监测中的应用

碳的氧化物、硫的氧化物、氮的氧化物和卤化物等是由人类的生物活动和社会活动产生的重要的环境污染物质,它造成了温室效应、酸雨、对流层的光化学雾和平流层的臭氧耗减等环境问题,它威胁着人类的生存环境和地球上的生态平衡,光谱技术可广泛应用于环境污染监测。文章简便介绍全球面临的主要环境问题,重点介绍光谱技术（包括常规光谱技术、激光光谱技术以及激光雷达等）在大气环境监测中的应用和进展,利用这些技术,可以获得污染物的组分、浓度、温度或空间分布等方面的信息。     

差分吸收光谱技术在工业污染源烟气排放监测中的应用

研究了差分吸收光谱技术在工业污染源烟气排放监测中的应用及实现.借助于独立的采样和前处理系统去除烟尘和水汽对光谱拟合的影响.为避免高浓度的SO2在常温下发生光解.将经前处理后的烟气加热至150℃进行测量.采用Voigt线型对SO2,NO,NO2在185-235 nm波段的吸收截面进行了展宽,获得了高温气体的标准吸收截面,并与归一化的光谱仪仪器函数进行卷积得到了光谱拟合所需的有效吸收截面.将反演结果与非分散红外分析仪的测量结果进行了实时对比,获得了较好的一致性,验证了差分吸收光谱方法高准确度测量工业污染源烟气排放的可行性.     

车载被动差分吸收光谱在城市道路空气污染监测中的应用

初步探索了一种基于自然光源的移动式车载被动差分光学吸收光谱仪测量系统,并在对合肥市区道路空气污染监测的实验中得到成功应用.该系统采用天顶散射光-被动差分吸收光谱(DOAS)技术对道路上方空气污染进行采样分析,同时结合GPS接收机采集实时经纬度坐标.通过时间信息对两者进行关联,利用GPS接收机定位坐标,并结合合肥市交通地图,依据光谱反演污染气体NO2的柱密度结果绘制整个城市道路上方污染气体浓度图.实验监测路段的NO2垂直柱密度与背景点(解放军电子工程学院校园)监测值之差为6.4×1014 molecule/cm2～1.96×1016 molecule/cm2,由于受到车辆类型、车流量等因素的影响,监测路段总体呈现东北方向平均浓度高于西南方向.     

用光学差分吸收光谱监测大气中污染气体浓度

在实验室内模拟测量了实际大气中污染气体的差分吸收光谱 (DOAS) .本文在介绍差分吸收光谱技术同时 ,分析计算了污染气体的浓度 .实验设计中被测气体为大气中的 2种主要污染气体 :工业锅炉的主要排放物SO2 和机动车尾气的主要成分NO .用氘灯作为光源测量其在紫外波段的特征吸收 ,并通过光纤束连接光栅光谱仪 ,由计算机自动采集和处理数据 .     

差分吸收光谱法测量大气污染的浓度反演方法研究

介绍了差分光学吸收光谱法(DOAS)测量大气污染气体浓度的基本原理,描述了对测量光谱所作的一些必要处理,对最小二乘法作了简单介绍,并将它用在DOAS方法中的浓度反演中,通过与当地监测站的数据进行对比,证明了最小二乘法非常适用于DOAS方法中的浓度反演. 关键词： 差分光学吸收光谱法 光谱处理 最小二乘法 环境监测     

3.4μm处NO2吸收光谱特性及在差分吸收激光雷达中的应用

为使中红外差分吸收激光雷达能够精确测量NO_2气体浓度,对NO_2在中红外波段的吸收光谱特性进行测量分析.采用光参量放大激光器的λon和光参量振荡激光器λoff两路激光分别进行吸收谱线测量实验.用谱线宽小于0.05nm的λon激光测量了NO_2气体在3 410～3 433nm的吸收光谱,计算得到其吸收截面,采集分析了NO_2在291K、308K、363K三个温度下的光谱特性,用谱线宽约为10nm的λoff激光采集了3 400～3 435nm的吸收谱线.测量结果表明,在3 410～3 433nm波段,温度和吸收截面值呈负相关,测量的谱线与HITRAN数据库相关系数达到0.92以上;针对λoff激光下的吸收谱线,采用了改进的卷积修正方法,测量结果和拟合结果相关系数为0.97.将实测的on和off波长处的吸收截面应用于使用该波长对的中红外差分吸收激光雷达仿真上,拟合差分吸收激光雷达系统浓度测量误差,验证了基于该波长对的差分吸收激光雷达方案的可行性.     

差分光学吸收光谱(DOAS)技术在烟气SO2监测中的应用

本文将差分光学吸收光谱(Differential Optical Absorption Spectroscopy,DOAS)技术中的浓度反演方法运用到烟气SO₂监测中.利用SO₂分子在300nm附近具有强吸收的特性,测量出烟气SO₂的吸收光谱,用DOAS方法反演出SO₂分子的浓度,消除了烟气中烟尘、水汽和其它成分的影响,使在线实时测量成为可能,在实验室内对几种SO₂分子浓度样气进行了测量和浓度反演.     

夫琅禾费线对差分光学吸收光谱法测量大气污染气体影响的研究

使用差分光学吸收光谱仪进行大气环境测量，白天强烈的太阳散射光会叠加到测量光谱中，其中的夫琅禾费结构会对二氧化氮，甲醛，亚硝酸等的测量带来较大的影响.通过分析夫琅禾费结构，并且将其作为一种大气“成分”，数据反演时与其他大气成分一同拟合可以有效地影响降低其影响. 关键词： 太阳散射光 夫琅禾费结构 差分光学吸收光谱技术 大气污染     

差分吸收光谱反演方法在环境监测系统中的研究

差分吸收光谱(DOAS)技术在大气/烟气污染物排放环境监测中有广泛的应用。文章首先对这种方法进行了介绍和分析,通过公式推导出被测量气体的差分吸收光谱和参考差分吸收截面光谱所包含的面积具有线性关系,并由此给出了一种新的气体浓度计算方法,即直接用差分吸收面积拟合法代替最小二乘方法,从而避免了光谱不同分辨率、光谱漂移、拉伸或压缩等因素对测量结果造成的误差,同时这种方法具有计算量小和处理速度快等特点。最后,在自行研制的烟气DOAS测量系统上测量了四种浓度的SO₂标准气体,实验结果验证了该方法在实验室条件下的有效性。     

傅里叶变换滤波-差分吸收光谱法在烟气SO_2在线监测中的应用研究

差分吸收光谱(DOAS)法是利用气体分子窄带吸收特征来测量气体浓度的一种新型的光谱测量技术。本文分析了紫外差分吸收光谱(DOAS)法检测SO2数值处理上的问题,提出傅里叶变换滤波分析方法。本方法可有效减少各种干扰对SO2浓度计算的影响,特别是对与SO2有重叠差分吸收光谱但有不同频谱特性且未知气体的干扰有很好的效果。     

激光等离子体类氖GeX射线吸收谱研究

在国际上首次进行了空间分辨的激光等离子体类氖ＧｃＸ射线吸收谱研究．实验在高功率激光物理联合实验室的神光六路装置上进行，采用新颖的“点投影（ｐｏｉｎｔｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）”吸收谱方案，研究了激光脉冲峰值以后２００ｐｓ时刻Ｇｅ等离子体中类氖离子密度的空间分布特性（空间分辨约２４μｍ），结果获得了类氖Ｇｅ２ｐ－３ｄ的共振吸收谐信号。实验结果同国内一维流体力学ＪＢ１９编码的模拟结果进行了比较。     

差分吸收光谱仪测量上下限的确定

给出差分吸收光谱仪（DOAS）系统对测量上下限的确定方法,由于测量原理Beer-Lambert的线性适用范围限制了系统的测量上限,系统的噪声,被测气体的差分吸收截面以及测量的数据点数共同决定了系统的测量下限,通过理论分析与实际测量确定了DOAS系统的测量上下限。     

差分吸收法测量大气压强的误差研究

用级数近似Ｖｏｉｇｔ函数，导出了水平和垂路径吸收系数随压强变化的解析式。分析用数值模拟差分吸收法测量大气压强时激光频移和带宽的影响，计算表明前者是测压误差的主要来源之一。     

高分辨傅里叶变换激光腔内吸收光谱方法：原理和应用

介绍了使用连续扫描方式工作的傅里叶变换光谱仪来探测激光腔内吸收光谱的原理,并探讨了傅里叶变换激光腔内吸收光谱方法测量光谱谱线和强度的工作方式.通过对大气中水汽在12450—12700cm^-1波段的高分辨吸收光谱的实际测量,检验了该方法的可靠性,并使用该方法测量了重水分子(D₂O和HDO)ν_OD=5伸缩泛频态光谱. 关键词： 激光光谱 高分辨振转光谱     

温度对二氧化硫紫外差分吸收特性影响的实验研究

为应用差分吸收光谱法(DOAS)技术于火电厂等固定污染源的排放监测,需要研究温度等因素对SO2污染气体紫外差分吸收特性的影响。对SO2在其紫外280-320 nm差分特征波段,温度从30-400℃差分吸收特性进行的实验研究表明,温度升高使得差分光谱峰值减小峰谷值上升, 210℃与390℃相对于30℃的差分吸收计算浓度相对误差为 -40％和-70％左右,但整个差分结构吸收频率没有发生变化。     

超快速激光光谱学技术在晶态半导体低维材料中的应用

本文结合作者近年来的工作，评述了用超快速激光光谱学技术对晶态半导体低维材料研究的进展，分别讨论了用超快光谱研究晶态半导体低维材料中载流子各种非平衡过程的优势和原理，提出了需要进一步探讨的方面。