二氧化硫氣體濃度檢測機理的研究

分類：技術(shù)教程日期：2009-06-08 11:31:48 來源：

　　從理論上研究時間雙光路二氧化硫熒光檢測機理，推導了測量二氧化硫氣體濃度的數(shù)學模型。該方法從理論上消除了因氣體成分改變所引起的二氧化硫的測量誤差，使其在選擇性、靈敏度、抗干擾能力等都有較大的提高。
關(guān)鍵詞：檢測機理；二氧化硫；時間雙光路

　　1 單色二氧化硫熒光檢測原理

　　紫外熒光法測量二氧化硫濃度是近年來提出的測定二氧化硫的一種較好方法。根據(jù)物質(zhì)分子吸收光譜和熒光光譜能級躍遷機理，有吸收光子能力的物質(zhì)在特定波長的光(如紫外光)照射下，分子受激發(fā)躍遷到高能級(激發(fā)態(tài))，在返回基態(tài)瞬間發(fā)射出較激發(fā)光波長更長的光即熒光。二氧化硫分子便具有這個特點，其過程方程式如下：

　　由上式可以看出熒光強度與SO2分子個數(shù)有一定關(guān)系，通過測量熒光強度可求出SO2濃度。

　　根據(jù)朗伯—比爾定律，光反應(yīng)腔體中被二氧化硫吸收的紫外光強度的表達式為：

　　式中：I0為紫外光入射光強，α表示SO2分子對紫外光的吸收系數(shù)，l表示光程，c表示SO2氣體的濃度。則光電倍增管接收到的熒光強度表達式為：

　　式中：G表示光反應(yīng)腔體的幾何系數(shù)，φ表示熒光量子效率。將式(4)在零點泰勒級數(shù)展開，得到

　　這就是小光束單色光測量低濃度二氧化硫的熒光檢測原理。由該式可知，當單色光入射光強不變時，低濃度二氧化硫氣體的熒光強度與其濃度成正比關(guān)系，這為定量分析二氧化硫濃度提供了理論依據(jù)。

　　2時間雙光路二氧化硫熒光檢測數(shù)學模型

　　本文給出了時間雙光路二氧化硫熒光檢測方法。它通過電機轉(zhuǎn)動使中心波長分別為λ1和λ2的2個濾光片交替工作，如同二氧化硫熒光前后通過2個不同的光路，在間隔很短的時間內(nèi)產(chǎn)生2個熒光信號，通過對這2個熒光信號的處理，達到去除干擾和噪聲的目的，提高測量精度。時間雙光路檢測數(shù)學模型如下：

　　成正比關(guān)系；其他干擾光信號被完全消除，該方法可克服由于背景噪聲和氣體成分改變所引起的偏差。

　　3實驗研究

　　3.1儀器結(jié)構(gòu)

　　時間雙光路紫外熒光法測量二氧化硫濃度的分析儀結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。首先將待測氣體送入測量氣室，測量氣室左邊的激發(fā)光源所發(fā)出的紫外光經(jīng)過中心波長為214nm，半寬12nm的干涉濾光片進入氣室。當紫外光射過待測氣體時，氣體中濃度很低的SO2分子受紫外光的激發(fā)成為激發(fā)態(tài)，分子在返回基態(tài)的過程中發(fā)射出熒光。在測量氣室的上方，通過石英凸透鏡收集熒光并使其穿過窄帶干涉濾光片，被光電倍增管接收。電機的轉(zhuǎn)動使兩個濾光片交替透射熒光，在間隔很短的時間產(chǎn)生兩個采樣波段不同的熒光電信號，這兩個信號通過信號處理系統(tǒng)的放大，運算，最后轉(zhuǎn)換成二氧化硫的濃度顯示出來。其中實驗選用的元件主要有：激發(fā)光源—鋅燈，其激發(fā)的紫外光主譜線為213.8nm；濾光片1的中心波長340nm，半波寬度100nm，可透過二氧化硫激發(fā)的所有光譜；濾光片2的中心波長350nm，半波寬度30nm，可透過二氧化硫激發(fā)的部分光譜。