基于DOAS的氨排放在线监测技术研究

赵 元

（华北电力大学机械工程系，河北保定，071000）

基于DOAS的氨排放在线监测技术研究

赵 元

（华北电力大学机械工程系，河北保定，071000）

城市大气NH3的测量对于研究NH3的大气化学尤为必要。差分吸收光谱法是一种在线监测方法。首先介绍了差分吸收光谱法的基本原理及关键问题。其次搭建了一套实验系统。最后利用搭建的实验系统进行了实验，并利用软件对得到的数据进行分析。

差分吸收光谱法；数据分析

1 差分吸收光谱法理论分析

差分吸收光谱技术本质上是基于分子对光辐射的吸收。光源发出强度I0的光，经过了一定的距离后，由于气体分子对其吸收，接收端测到的强度为I，由朗伯比尔定律：

式中：I(λ)为测量光强；I0(λ)为原始光强；x为所测光程；c为气体浓度；σ(λ)为不同波长下的吸收系数。

实际测量中，会存在着瑞利散射和米散射。由瑞利散射和米散射等效的气体吸收引起的光学密度表现出随波长作缓慢变化的特征。差分吸收光谱法的基本思想是舍去缓慢变化部分从而将快速变化部分分离出来，达到消除散射对实验影响的目的。

2 实验装置

实验的光学系统包括光源、吸收池、光谱仪。光源发出的光经过准直输出后通过气体吸收池，出吸收池后到达光谱仪，经光谱仪传输至计算机，通过软件进行数据处理。

实验采用氙灯光源，它能够提供连续光谱。光谱仪的作用是将接收来的复合光谱信号进行分光，获得不同波长下的光谱信号，并把这些光谱信号转换为电信号。实验所用气体吸收池光程45cm，进出气口间距30cm，吸收池两端利用光学玻璃与端盖压紧垫圈密封，通过螺纹连接将端盖与光纤接头紧密相连。

3 实验与数据处理分析

氨的吸收截面的计算对其浓度反演很关键。实验利用48ppm、32ppm及24ppm的氨进行。其中，48ppm标准氨直接从气瓶减压得到，其余两种种浓度氨利用标准氨和氮气混合得到。

在每种浓度下实验8组，共计32组，在三种浓度条件下计算氨吸收截面，并绘制相应计算结果。现以24ppm情况下氨吸收截面图为例分析：

在195-220nm波段上，存在五个明显的吸收峰，并且每个波峰值在顺次减小。经过查阅资料，看到在标准氨吸收截面与实验室测得的氨吸收截面在吸收峰变化趋势及线型上一致的，此实验反映了真实的氨吸收截面，故可以用来计算氨浓度的。

在氨浓度的反演实验中，共32组数据，吸收截面通过标准浓度为32ppm的氨测得，反演波段为195-220nm，通过软件计算得到表1的结果。

32组数据均在标准浓度的5%左右区间内，误差较小，计算结果与理论一致。由此说明，将DOAS技术用于NH3的在线监测是可行的。

图1 24ppm条件下氨吸收截面

表1 不同标准浓度NH3的测量浓度

4 结论

差分吸收光谱技术是对大气中的痕量气体的监测的非常有用的技术。对氨吸收截面的测量表明：在实验室测得的氨吸收截面与数据库中的标准氨吸收截面基本一致，反映了真实的氨吸收情况，是可以用来计算氨浓度的。利用计算的氨吸收截面来测量氨浓度，测量值误差较小，计算结果与理论一致，说明将DOAS方法用于氨的在线监测是可行的。

[1] 李宁.基于差分光学吸收光谱技术的空气质量连续监测系统的研究[D].天津:天津大学,2005.

[2] 张慧敏.DOAS方法的多特征谱解析及应用[D].天津：天津大学,2009.

周涛.烟气排放紫外差分吸收光谱实时检测方法的研究[D].天津：天津大学,2008.

Based on the DOAS of ammonia discharge online monitoring technology research

Zhao Yuan
(department of mechanical engineering,north China electric power university baoding，071000)

Urban atmospheric NH3 measurement for the study of NH3 atmospheric chemistry is necessary.The differential absorption spectrometry is a method of on-line monitoring.First introduces the basic principle and key problem of differential absorption spectrometry.The second set up a set of experimental system. Finally,we do an experiment using the experimental system of set,and use the software to analyze the data.

differential absorption spectrometry;The data

TK314 文献识别码：A