0
关键词：
开放光路,傅里叶变换红外光谱仪,臭氧,合成背景光谱,非线性最小二乘,检测限
发表时间：
2012-02-06 15:20:01
利用开放光路傅里叶变换红外方法监测地表臭氧含量及分析
章旭峰 | -> | 973| 2| 0.597008MB |开放光路,傅里叶变换红外光谱仪,臭氧,合成背景光谱,非线性最小二乘,检测限
摘 要 基于自研傅里叶变换红外光谱仪设计实现了开放光路臭氧在线监测系统，将计算机合成背景光谱方法与非线性最小二乘方法相结合进行定量分析，利用ＨＩＴＲＡＮ数据库信息和仪器线型合成背景光谱，通过非线性最小二乘法反演出臭氧浓度，提高了测量精度和检测限，讨论了系统检测限测量方法，在１６次平均情况下系统检测限达到１．４２ｎｍｏｌ·ｍｏｌ－１，利用此系统，对合肥市郊的地表臭氧浓度开展了连续监测实验，分析了浓度日变化以及月变化趋势与臭氧产生源之间的关系。结果表明，系统测量准确可靠，为我国臭氧监测提供了一种新的设备和方法。
由于经济的快速发展、人类活动和生物源排放，使臭氧（Ｏ３）前体物和光氧化剂大量增加，造成地表Ｏ３浓度不断升高，尤其在大城市周围农林地区臭氧会形成和聚集。而地表的Ｏ３
是一种极具危害的空气污染物，对人类的健康、植物的生长发育都是有害的［１，２］。因此，地表Ｏ３污染被各国家和健康组织所重视，而臭氧的连续准确监测技术是一个重要部分［３］。目前，环境空气Ｏ３的标准测量方法主要是紫外光度法和电化学方法［４，５］，但是这些方法都需要空气的采样过程，此过程会影响到测量的结果，难以实现非接触在线测量，只能测量某点的Ｏ３浓度。近年来发展起来的光学遥感技术克服了上述缺点，通过远程探测和非接触测量，避免了采样过程，能够得到路径积分浓度，扩大了测量范围［６，７］。
相比于其他光学测量技术，傅里叶变换红外（ＦＴＩＲ）方法一次测量可以同时计算出多种污染组分的浓度，同时具有高精度、高光谱分辨率的特点。开放光路傅里叶变换红外（ＯＰ－ＦＴＩＲ）方法结合了ＦＴＩＲ技术和开放光路技术的优点，能够完成在线非接触同时测量一个区域内的气体浓度，因此，基于ＯＰ－ＦＴＩＲ的连续在线监测方法得到了广泛研究和应用［８，９］。但是国内尚无ＯＰ－ＦＴＩＲ技术用于Ｏ３监测的研究，缺乏相应的仪器设备。本文针对环境监测的需要，在自研ＦＴＩＲ光谱仪的基础上，设计实现了ＯＰ－ＦＴＩＲ Ｏ３监测系统。
是一种极具危害的空气污染物，对人类的健康、植物的生长发育都是有害的［１，２］。因此，地表Ｏ３污染被各国家和健康组织所重视，而臭氧的连续准确监测技术是一个重要部分［３］。目前，环境空气Ｏ３的标准测量方法主要是紫外光度法和电化学方法［４，５］，但是这些方法都需要空气的采样过程，此过程会影响到测量的结果，难以实现非接触在线测量，只能测量某点的Ｏ３浓度。近年来发展起来的光学遥感技术克服了上述缺点，通过远程探测和非接触测量，避免了采样过程，能够得到路径积分浓度，扩大了测量范围［６，７］。
相比于其他光学测量技术，傅里叶变换红外（ＦＴＩＲ）方法一次测量可以同时计算出多种污染组分的浓度，同时具有高精度、高光谱分辨率的特点。开放光路傅里叶变换红外（ＯＰ－ＦＴＩＲ）方法结合了ＦＴＩＲ技术和开放光路技术的优点，能够完成在线非接触同时测量一个区域内的气体浓度，因此，基于ＯＰ－ＦＴＩＲ的连续在线监测方法得到了广泛研究和应用［８，９］。但是国内尚无ＯＰ－ＦＴＩＲ技术用于Ｏ３监测的研究，缺乏相应的仪器设备。本文针对环境监测的需要，在自研ＦＴＩＲ光谱仪的基础上，设计实现了ＯＰ－ＦＴＩＲ Ｏ３监测系统。
由于在开放光路条件下，外界环境因素比较复杂，大气受到温度、气压、风等因素的影响，其成分和浓度是在不停变化的，因此无法获得一个确定的背景光谱，也不能实现完全的仪器校准［１０］。较好的解决方法是利用计算机生成与外界同条件下的标准光谱作为背景光谱，该方法具有免校准、操作方便的优点［１１，１２］。此外，常用的几种定量分析方法，如峰高峰面积检测、差谱法、经典最小二乘法等，都默认仪器观测条件下的吸光度与浓度不偏离Ｂｅｅｒ定律，但是在ＯＰＦＴＩＲ方法中，测量光谱不仅非线性地依赖于各吸收组分的浓度，同时还非线性的依赖于温度、压力等环境参量和分辨率、切趾函数以及光源入射角等仪器参数，因此，为了提高测量精度，较好的解决方法是采用非线性最小二乘分析方法。
本文在设计与实现监测系统基础上，将计算机生成背景光谱和非线性最小二乘方法相结合，给出了Ｏ３浓度反演方法和过程，讨论了测量系统检测限的方法。并利用该系统对合肥市董铺水库区域的地表Ｏ３进行了连续监测，得到大量数据，给出了Ｏ３的日变化趋势和月变化趋势，从Ｏ３产生来源的角度对其浓度的变化进行了分析，结果表明，测量数据与相关报道相一致。该系统具有组装简便、稳定可靠、高精度、非接触的特点，能够完成在线连续测量等要求，为我国
地表Ｏ３监测提供了一种新的设备和方法。
本文在设计与实现监测系统基础上，将计算机生成背景光谱和非线性最小二乘方法相结合，给出了Ｏ３浓度反演方法和过程，讨论了测量系统检测限的方法。并利用该系统对合肥市董铺水库区域的地表Ｏ３进行了连续监测，得到大量数据，给出了Ｏ３的日变化趋势和月变化趋势，从Ｏ３产生来源的角度对其浓度的变化进行了分析，结果表明，测量数据与相关报道相一致。该系统具有组装简便、稳定可靠、高精度、非接触的特点，能够完成在线连续测量等要求，为我国
地表Ｏ３监测提供了一种新的设备和方法。
章旭峰发布的其他共享资料
-
-
关键词： 二维红外相关光谱法,胶原,透明质酸,构象变化,相互作用 发表时间： 2012-02-06 15:17:59
-
关键词： 臭氧,垂直柱浓度,被动差分吸收光谱,南极 发表时间： 2012-02-06 15:16:29
-
关键词： 发射光谱,点火延迟时间,正庚烷,激波管 发表时间： 2012-02-06 15:14:40
-
关键词： 光谱相关关系,悬浮颗粒物,吸收光谱分解,南海北部 发表时间： 2011-11-30 12:07:46
-
关键词： 光谱指数,植被指数,土壤指数,EM38,土壤盐分,空间变异性 发表时间： 2011-11-30 12:05:41