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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上環(huán)境污染監(jiān)測的光學(xué)和光譜學(xué)技術(shù)摘 要:現(xiàn)階段，環(huán)境污染問題已得到全球范圍的高度重視。具備操作性簡單、遙控性可控、時效分析辨別強(qiáng)、動靜態(tài)范圍廣、選擇性能多樣的光學(xué)和光譜學(xué)技術(shù)得到了科學(xué)家廣泛的研究和大眾的興趣。文章通過對不同光源：激光、可見光、紅外光的光學(xué)和光譜學(xué)方式性能分析及對差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)、可調(diào)諧二極管激光吸收光譜學(xué)技術(shù)、差分吸收激光雷達(dá)技術(shù)、激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)的技術(shù)方法特點(diǎn)分析，了解到以上技術(shù)應(yīng)用在環(huán)境污染的檢驗測試中的作用。關(guān)鍵詞：光學(xué)和光譜學(xué)技術(shù)、環(huán)境污染監(jiān)測、污染組分環(huán)境污染問題引起人們的關(guān)注，監(jiān)測污染源、控制污染途徑、提高治理污染技術(shù)十分重要。傳統(tǒng)的單

2、點(diǎn)測量技術(shù)：取樣試驗分析技術(shù)、化學(xué)濕式技術(shù)已不能滿足對環(huán)境污染有效、準(zhǔn)確、實(shí)時的監(jiān)測。而具備多波段多污染物監(jiān)測，反應(yīng)廣闊地域污染程度，設(shè)備系統(tǒng)敏捷性能高、升級便捷、運(yùn)作試驗費(fèi)用較低的光學(xué)和光譜學(xué)技術(shù)成為監(jiān)測環(huán)境污染物發(fā)展趨勢、污染物化學(xué)成分指標(biāo)，在線實(shí)時監(jiān)測的主流技術(shù)和污染監(jiān)測技術(shù)的主要研究方向。1、 光譜學(xué)遙測原理根據(jù)環(huán)境中污染氣體在可見光、紫外線等光譜的性質(zhì)特征，演算成分濃度，運(yùn)用分子與電能輻射的互相作用探測出污染物的分量及特質(zhì)。通過確定發(fā)射裝置與接收器的距離，待測污染氣體經(jīng)過光束通過在雙站接收，這樣的光學(xué)遙感方法運(yùn)用千米進(jìn)制單位確定光程，相比傳統(tǒng)取樣污染物，實(shí)驗室研究的方法更具有先進(jìn)性、

3、可靠性、準(zhǔn)確性。可見光譜區(qū)域主要吸收蒸汽分子、二氧化碳，紫外波段主要吸收氧氣、臭氧。在云霧、降雨等天氣條件下散射性強(qiáng)、水汽含量大、大氣溫度低會影響信號的波動及減弱，因此充分考慮分子的吸收及輻射、大氣的折射變化等因素，提高光學(xué)和光譜學(xué)的遙感測量中光輻射傳輸?shù)木取?、 差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)差分光學(xué)吸收光譜(DOAS)是上世紀(jì)80年代環(huán)境物理科學(xué)家Platt教授提出的應(yīng)用于可見波段和紫外線范圍內(nèi)的能夠監(jiān)測臭氧、甲醛、二氧化硫、芳香有機(jī)物、甲苯等污染氣體濃度的大氣環(huán)境監(jiān)測技術(shù)。DOAS利用空氣分子的窄帶吸收性質(zhì)來鑒別污染氣體成分，并根據(jù)窄帶的吸收能力推算出污染粒子的濃度。國外對DOAS技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)

4、十分廣泛，技術(shù)思想先進(jìn)準(zhǔn)確度高。國內(nèi)由于對污染物推演方法、DOAS技術(shù)原理及環(huán)境污染監(jiān)測領(lǐng)域的投入限制導(dǎo)致了對新興技術(shù)的應(yīng)用匱乏。DOAS基于痕量污染氣體分子的窄帶吸收特性的檢驗測試。遵守Lambert-Beer吸收定律，考慮瑞利散射（Rayleigh）、米散射（Mie）的影響。 差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)的基本思想是通過采用濾波技術(shù)將包含在可見光譜中的污染分子吸收引起的光譜波動分離出來，消除瑞利散射（Rayleigh）、米散射（Mie）等的影響。低頻部分的寬帶光譜由散射引起，高頻部分的窄帶光譜由分子吸收引起。窄帶光譜會隨高通濾波器的波長快速變化被分離出，運(yùn)用參考光譜擬合被分離出的分子吸收光譜，計量

5、測算出被測氣體的光吸收物質(zhì)濃度。 三、可調(diào)諧二極管激光吸收光譜學(xué)(TDLAS)技術(shù)激光的投射能力強(qiáng)、定向發(fā)光行、亮度極高、顏色極鈍，使其成為大氣環(huán)境監(jiān)測的可靠技術(shù)。由于可調(diào)性二極管激光器的性能改造紅外區(qū)測量長度的增加促進(jìn)了TDLAS技術(shù)的發(fā)展。為了克服檢測氣體成分過程中的靈敏度降低，TDLAS技術(shù)過程中采用雙頻率調(diào)節(jié)制導(dǎo)技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)，通過對小赫茲的鋸齒波與幾千赫茲的振幅正弦波同時輸出功率。通過探究波長調(diào)制諧波探測原理，當(dāng)尾氣經(jīng)過非線性數(shù)學(xué)方法計算得到，從而與HITRAN數(shù)據(jù)庫建立密切的換算關(guān)系，進(jìn)一步通過線性函數(shù)的數(shù)學(xué)理論在特定的試驗環(huán)境下計算出來，環(huán)境的壓強(qiáng)及溫濕度直接影響到待測樣

6、品的可靠數(shù)據(jù)。最后可以直接得到與光譜分辨率相差不大的吸收光譜，這樣的探測原理可以直接面對復(fù)雜、重疊的光譜現(xiàn)象，從而得到可靠的數(shù)據(jù)。可調(diào)諧范圍要經(jīng)過對電流及溫度的有效控制，從而促使波段的微調(diào)TDLAS的高分辨度及高靈敏度保證了其實(shí)際監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)可以達(dá)到ppm量級以上；波長在一定范圍的可調(diào)性，可以豐富分析方法的多樣性，從而分析出污染環(huán)境物質(zhì)的不同種類；同步測量多種污染氣體，分析氣體的吸收峰值精密腿上氣體的成分及濃度；設(shè)備價格合理、反應(yīng)速率快、構(gòu)造簡單等特點(diǎn)；以上優(yōu)點(diǎn)都有力證明了可調(diào)諧二極管激光吸收光譜學(xué)技術(shù)成為主要污染物質(zhì)成分分析和污染源在線監(jiān)測的先進(jìn)技術(shù)和主要研究方向。4、 差分吸收激光雷達(dá)（DIA

7、L）技術(shù)DIAL技術(shù)在大氣對流層、平流層的測量利用大氣氣體溶膠的米散射（Mie）后具有大區(qū)域的后向散射效果，更加高效的接受到回波強(qiáng)度的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，得到光程距離效果達(dá)到幾十公里的污染成分的分辨數(shù)據(jù)。通過兩束激光于DIAL激光雷達(dá)發(fā)射出，此激光波長相近。待測氣體會強(qiáng)力吸收其中一激光，而另一激光則沒有被待測氣體吸收或者吸收少量，由此，可以根據(jù)兩激光的散射回波強(qiáng)度的不同來確定待測氣體的濃度。DIAL技術(shù)先期主要應(yīng)用于二氧化氮的污染成分的大氣監(jiān)測，但是隨著雷達(dá)激光技術(shù)的大力發(fā)展，DIAL技術(shù)在不同激光器的作用下，成功有效的對紅外線下的蒸汽、二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、Hg等污染物進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、精密測量。

8、5、 激光誘導(dǎo)熒光（LIF）技術(shù)某種常溫物質(zhì)經(jīng)過x射線的照射后會進(jìn)入激發(fā)狀態(tài)，這些物質(zhì)會激發(fā)出比入射波長長的通常波長為可見光的不同顏色和強(qiáng)度的光波，但是當(dāng)入射光一旦停止照射，發(fā)光現(xiàn)象產(chǎn)生的光線會立即很快的消失。具有這種物質(zhì)特性的出射光線稱為熒光。利用這種性能對物質(zhì)進(jìn)行定性分析和量性分析的方法被稱之為熒光分析。熒光分析深受人們的關(guān)注和科學(xué)家的深入研究，通過高速的運(yùn)營及發(fā)展，到現(xiàn)階段在科學(xué)研究、醫(yī)療藥品、工業(yè)技術(shù)、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)種植和司法鑒定各個領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，使其成為一項重要的分析鑒定、數(shù)據(jù)整理的分析方法。熒光分析一般根據(jù)熒光物質(zhì)的不同選擇波長不同的激發(fā)光源，常用的一般是高壓汞燈、紫外燈、

9、氙燈、LED、激光等。365nm譜線、405nm和436nm線狀譜線是高壓汞蒸汽燈發(fā)射的，其發(fā)出的譜線相對于單一并且強(qiáng)度差距很大，不能激發(fā)需求各種波長的不同物質(zhì)。250700nm的連續(xù)譜線是氙弧燈發(fā)射的，但是其在某一特定區(qū)域內(nèi)輸出的效果不明顯，達(dá)不到理想的結(jié)果。但是操作方法簡便、樣本選擇容易、重復(fù)呈現(xiàn)性能優(yōu)越、樣本需求量少的激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)在激光器快速發(fā)展的基礎(chǔ)上代替上述兩種光源，成為更加有效的精確度更高的分析技術(shù)。結(jié)語：總而言之，光學(xué)和光譜學(xué)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和研究分析對環(huán)境污染監(jiān)測問題提供了很多切實(shí)可靠、行之有效具有先進(jìn)科學(xué)依據(jù)的測量分析技術(shù)。本文介紹了目前為止在環(huán)境污染監(jiān)測問題上，采取的最常

10、用的、效果顯著的和發(fā)展?jié)摿薮蟮墓鈱W(xué)技術(shù)。差分光學(xué)吸收光譜（DOAS）技術(shù)對大氣層痕量氣體濃度、研究北極上空的O3 漏洞研究、大氣平流層的稀有氣體狀態(tài)、大氣對流層的氮氧化物及CO2濃度提供有效的研究技術(shù)；可調(diào)諧二極管激光吸收光譜學(xué)(TDLAS)技術(shù)對甲醛、NH3、HF、氯化氫等ppb小的低濃度氣體成分的分析，甲烷、一氧化碳、SOX、NOX等標(biāo)準(zhǔn)污染物靈敏監(jiān)測，提供切合實(shí)際的探測技術(shù)；差分吸收激光雷達(dá)（DIAL）技術(shù)的空間狀態(tài)下的高辨別度，精密測量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)為三維濃度分析、氣溶膠趨勢線路提供嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)指導(dǎo)；激光誘導(dǎo)熒光（LIF）技術(shù)成為檢測靈敏度為千億分之幾的低濃度分子的可靠技術(shù)；當(dāng)然，還有很多的具有精密數(shù)據(jù)分析、高靈敏測算、適應(yīng)性廣、成本合理的環(huán)境監(jiān)測和污染跟蹤治理的技術(shù)，如關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)（COSPEC）、激光質(zhì)譜技術(shù)和付里葉變換紅外光譜技術(shù)等。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用目的選擇確定合理可行的測量方法。參考文獻(xiàn)：1鄭致福,王明堅等. 環(huán)境化學(xué)導(dǎo)論M.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2013:032張廣勝. 環(huán)境監(jiān)測技術(shù)M.北京：高等教育出版社，2011:063王志發(fā). 大氣化學(xué)（第一版）M.北京：氣象出版社，2012:07 專心-專注-專業(yè)