基于中红外吸收光谱的长光程仪器在环境空气监测中的应用
红外吸收光谱法在气体检测中的应用
based on Lambert-Beer law and differential absorption are stated in detail. A portable infrared methane monitor has been designed, by which the structure of the gas monitor is also introduced.
Key words: drosophila; culture medium; to go moldy
第 27 卷第 5 期 Vol. 27 No.5
唐山师范学院学报 Journal of Tangshan Teachers College
2005 年 9 月 Sep. 2005
红外吸收光谱法在气体检测中的应用
张 帆 1，张立萍 2
（1.唐山学院 机电系，河北 唐山 摘 063000；2.河北能源职业技术学院 基础部，河北 唐山 063000）
张
帆，张立萍：红外吸收光谱法在气体检测中的应用
式中，L 为光通过气室的长度，C 为被测气体的浓度， ( ) 为每克吸收气体的吸收系数，是波长的函数。一般的，定义 吸光度 H 为： H ( ) ln ln
I ( ) ，则有： H ( ) ( )CL 。 I 0 ( )
v
Ee Ev Er ve vv vr h h h
理论和实践都证明，电子运动能量差△Ee 最大，转动能量差△Er 最小，这表明，在每一个电子能级之上可以有较小间隔 的振动能级，而在每一个振动能级之上又有更小间隔的转动能级，形成图 1 所示的分子能级图。 分子中的电子跃迁必然引起原子间振动状态的变化。而振动状态的变化，又将引起整个转动惯量的增大或缩小，从而使 转动状态变化。分子的振动、转动以及电子的运动相互联系，而分子的运动状态与分子光谱紧密联系在一起，三种不同波长 的光谱交织在一起使得分子光谱变得十分复杂。光谱中往往存在着由许多密集谱线组成的一个个光谱带，若干个光谱带又归 并成一个光谱带系，因此称为带状光谱。形成带状光谱是分子光谱的特点。以上表明分子光谱的复杂性取决于分子的微观结 构，由于不同的分子具有不同的微观结构，从而所形成的分子光谱也就不同。每种气体都有其特定的吸收光谱，对应于不同 的吸收带。气体分子对红外辐射有选择的吸收是红外气体传感器的设计基础。 2 气体浓度测量原理 绝大多数双原子分子和多原子分子气体在红外波段均有特征吸收峰，可用红外吸收光谱法进行气体浓度的检测。气体对 红外辐射的吸收遵循 Lambert-Beer 定律：[6,8] I( )=I0( )exp[- ( )CL] ────────── 收稿日期：2005-02-26 作者简介：张帆（1973-） ，男，河北唐山人，唐山学院机电系助教，硕士。 - 62 -
激光光谱分析技术在环境监测中的应用
激光光谱分析技术在环境监测中的应用激光光谱分析技术是一种快速、准确、无损的光谱分析方法，已经广泛应用于环境监测领域。
它可以通过测量不同物质对激光的吸收、散射、发射等光学特性，来实现对环境中各种物质的定量和定性分析。
激光光谱分析技术在环境监测中的应用，不仅可以提高监测的准确度和效率，还可以节约成本、降低风险，对环境保护和人类健康具有重要意义。
首先，激光光谱分析技术在大气环境监测中具有重要的应用价值。
通过测量大气中不同波长的激光光谱，可以快速、准确地分析大气中的污染物浓度及其空间分布。
例如，通过测量大气中氮氧化物和挥发性有机物的吸收光谱，可以实现对空气质量的监测和评估，及时发现和预警大气污染事件，保障人民群众的健康。
其次，激光光谱分析技术在水环境监测中也起到了重要的作用。
水是人类生活的重要资源，对水体中的污染物进行准确监测，是保护水资源、维护生态平衡的关键。
激光光谱分析技术可以通过测量水体中溶解物质的吸收和发射光谱来判断水质的好坏。
例如，通过测量水中氨氮、硝酸盐、磷酸盐等物质的吸收光谱，可以对水体中的营养盐污染和富营养化问题进行监测和评估，为制定相应的水质改善措施提供科学依据。
此外，激光光谱分析技术在土壤环境监测方面的应用也不可忽视。
土壤是重要的生态基础和农业资源，土壤环境质量对农业生产和生态保护有着重要影响。
利用激光光谱分析技术可以测量土壤中不同波长光的散射、吸收光谱，可以提供土壤中污染物的种类和含量分布信息。
例如，通过测量土壤中重金属等有害物质的吸收光谱，可以判断土壤污染程度，并为土壤修复和环境治理提供科学依据。
另外，激光光谱分析技术在噪声和振动监测方面也有广泛应用。
城市交通、工业生产等活动都会产生噪声和振动，对人类健康和社会安宁造成负面影响。
传统的噪声和振动监测方法局限性较大，而激光光谱分析技术通过测量不同位置的激光光谱，可以实时监测噪声和振动的强度、频谱、时域特征等参数，为减少噪声和振动污染提供数据支持。
红外光谱技术在环境监测中的应用
在水质指标的监测领域，红外光谱也有广泛的应
结合偏最小二乘法
可以预测水体污染中化学需氧量（COD）、五日生化
动植物油等。
有关研究较多。
一是利用红外分光光度法测定水中油含量的分析方法。
二是以近红外光谱的一阶导数谱建
的测定均取得较好的效果。
三是采用近红外透射光谱结合
的同时测定。
四是利用近
实现对废水
方法实现定
NIRS方法实现
FTIR
业废水中的酚浓度结果与国标方法非常接近。
八是用
壤制图的手段之一。
九是比较了中红外漫反射光谱与可见光
Zn、Pb、Hg
果显示，中红外光谱更能准确预测异地样品中土壤重金属元素含量。
在以往许多的土壤环境监测项目中，相关研究表明，中红外光谱比近红外光谱模型的预测精度更好。
纪
的原因，其在土壤定性或定量分析中都受到不同程度的限制。
红外光声光谱采用光声转换理论，具有原位和逐层扫描的功能，可用于高吸收或高反射样品，而且所需样品少，无须样品前处理，测定可实现原位，且对样品无损，非常适合用于土壤分析，具有广阔的应用前景。
有研究将傅里叶变换红外光声光谱。
基于宽带红外光源的调制吸收光谱气体检测装置及方法
基于宽带红外光源的调制吸收光谱气体检测装置及方法1. 引言1.1 背景近年来，随着工业化进程的加快和人们环境意识的增强，气体污染成为了一个全球性的问题。
气体检测技术因此得到了广泛关注与研究。
其中，调制吸收光谱是一种常用的气体检测方法，它通过分析被待测气体物质吸收光谱特征的变化来实现定量或定性检测。
1.2 研究意义传统的调制吸收技术采用单色光源，由于其发射窄带、能量低等特点，导致了检测效率低、信号噪声比低以及仪器复杂等问题。
而近年来，宽带红外光源技术的出现为解决这些问题带来了新的机遇。
基于宽带红外光源的调制吸收光谱气体检测装置将能够提高检测灵敏度和精确度，并且具备更广泛的应用范围。
1.3 研究方法本文旨在探索基于宽带红外光源的调制吸收光谱气体检测装置及方法。
首先，我们将分析并选择合适的光源进行设计，并介绍调制吸收技术原理。
然后，我们将详细描述检测装置的组成和工作原理。
接下来，我们将探讨该方法相比传统方法的优势，并通过实际应用案例分析以及行业前景展望来展示其应用前景。
进一步地，我们将进行实验验证与结果分析，并提出改进措施。
最后，我们将总结研究成果及启示意义，并提出论文不足之处以及未来研究方向建议。
通过本文的深入研究和分析，我们有望为气体检测领域的发展做出新的贡献，并为解决环境污染问题提供有效手段。
2. 基于宽带红外光源的调制吸收光谱气体检测装置2.1 光源选择与设计在基于宽带红外光源的调制吸收光谱气体检测装置中，选择合适的光源是至关重要的。
在这里，我们选取了一种宽带红外辐射光源作为激发光源。
该红外辐射光源具有下述特点：- 宽波段：能够提供连续且均匀分布于整个红外区域（通常是1~5 μm范围）内的辐射能量；- 高功率：能够提供足够高的输出功率，以满足强烈检测信号的需求；- 稳定性：表现出稳定的输出特性，可长时间工作而不会产生剧烈波动。
针对这些要求，我们设计了一套基于硅基技术的宽带红外辐射光源。
该光源采用了片上银金属微反射膜和掺杂硅小型发行系统，以实现高效辐射能量输出。
红外光谱检测技术在环境监测中的应用研究
红外光谱检测技术在环境监测中的应用研究摘要红外光谱技术是一种非常有潜力的环境监测工具，可以用于检测和分析环境中的有害物质。
本文将探讨红外光谱检测技术在环境监测中的应用，并介绍其工作原理、特点和优势。
同时，还将讨论目前红外光谱技术在环境监测中所面临的挑战和未来的发展方向。
1. 引言随着工业化进程的加快和人类活动的不断增加，环境中有害物质的排放和积累已成为一个严重问题。
这些有害物质对人类和动植物的健康产生了严重影响。
因此，开发一种高效、准确、快速的环境监测技术对于环境保护和人类健康至关重要。
2. 红外光谱检测技术2.1 工作原理红外光谱技术是一种基于物质分子振动和转动引起的能级变化的检测方法。
当物质受到红外光的照射时，分子会吸收特定波长的红外光，产生特征性的光谱图。
通过分析样品的红外光谱图，可以确定样品中存在的化学成分并定量分析其浓度。
2.2 特点和优势红外光谱检测技术具有以下特点和优势，使其在环境监测中得到广泛应用：2.2.1 快速性：红外光谱技术采用非接触式检测方法，无需样品处理和前处理步骤，可实现实时监测和快速分析。
2.2.2 高灵敏度：红外光谱技术可以快速检测到低浓度的有害物质，其灵敏度可以达到一定的ppb甚至ppt级别。
2.2.3 非破坏性：红外光谱检测技术不会破坏样品，可以对有害物质进行非破坏性检测，保持样品的完整性。
2.2.4 多组分分析：红外光谱技术可以同时分析多种有害物质，提供全面的检测结果。
2.2.5 简便易用：红外光谱检测设备小巧轻便，操作简单，适用于现场检测和移动监测。
3. 红外光谱检测技术在环境监测中的应用3.1 大气污染监测红外光谱技术可以用于监测大气中的有害气体，如二氧化硫、二氧化氮和臭氧等。
通过红外光谱仪，可以对这些有害气体进行实时监测和快速分析，为大气污染的防治提供重要参考。
3.2 水质监测红外光谱技术可用于水体中有害物质的检测和分析，如重金属、有机物和微生物等。
通过收集水样并对其进行红外光谱分析，可以准确判断水体中有害物质的浓度和污染程度，为水源保护和水质改善提供科学依据。
红外光谱在环境监测中的应用
红外光谱在环境监测中的应用随着人类社会的发展，环境监测成为国家与地区公共管理的重要领域，对于环境中的空气、水、土地等各种因素进行监测、检测和分析成为环境保护中最重要的一项工作。
目前，环境监测技术已经得到飞速的发展，并且多种技术手段的应用也得到广泛的关注和采用。
然而在监测地下水和沉积物中，红外光谱技术逐渐成为了环境监测中的一个有效工具。
红外光谱技术的概念红外光谱技术全称为红外光谱分析技术，是一种非破坏性的分子物质分析技术。
它通过在1000到4000cm-1的波长范围内照射物质，在物质得到吸收之后检测其分子和某些化学键振动频率的分析方法。
该频率反映了一个分子的化学键类型和状态，是实现化合物结构分析与鉴定的重要手段之一。
红外光谱技术在环境监测中的应用红外光谱技术在环境监测中的应用是十分广泛的，其中涉及到了多种环境因素的检测和分析。
1. 地下水中物质成分分析地下水是人类日常生活的重要水源之一，但是随着工业、农业、生活等活动的排放与污染，地下水已经成为了被污染最为严重的环境资源之一。
因此，地下水的监测显得十分重要。
红外光谱技术可以用于地下水中物质成分的分析，比如钙、钾、铁、硝酸盐、磷酸盐等的测定。
2. 沉积物中有机物质分析沉积物中的有机物质和无机物质是反映一个区域自然环境变化以及人类活动程度的一个侧面。
红外光谱技术可以用于沉积物中有机物质分析，如腐殖酸、高分子有机物和生物质等的检测。
通过检测有机物质的变化情况，可以了解当地环境的状况，以及环境内的某种特定成分在历史时间段上的变化特征。
3. 水中微生物的分析微生物是水生态系统中的重要组成部分，可以反映水体的健康状态。
红外光谱技术可以用于水中微生物的分析，比如细胞膜的蛋白质、糖和脂肪等分子的成分分析，通过这些分析结果，可以进一步评价水体质量。
4. 污染物检测监测和分析环境中的污染物是环境监测的重要任务之一。
红外光谱技术可以用于污染物的检测，如有机物质中氨基化合物、醛类、酯类、羧酸和酚类等的检测，以及氨气、氢气、一氧化碳、二氧化碳等气体分子中的检测。
基于红外吸收光谱的气体浓度测量实验方法
基于红外吸收光谱的气体浓度测量实验方法随着环境污染的不断加剧，气体浓度的准确测量成为了环境保护和工业安全领域的重要课题。
本文将介绍一种基于红外吸收光谱的气体浓度测量实验方法，该方法借助红外光谱仪器，通过测量样品在特定波长下的红外光吸收，实现对气体浓度的准确测量。
一、实验步骤1. 样品准备：根据实验需要选择待测气体，并准备一个装有气体的容器。
为确保实验结果的准确性，应确保样品的纯度和浓度符合要求。
2. 红外光谱仪器设置：将红外光谱仪器设置在适当的工作条件下，包括选择适当的波长范围和设置样品室的温度和压力等参数。
3. 样品测量：将准备好的样品容器放入红外光谱仪器的样品室中，确保样品与波长选择器对准。
启动仪器并开始测量。
4. 数据采集：红外光谱仪器将通过红外吸收光谱分析技术，对样品在特定波长下的光强进行测量。
根据测量结果，可以得到样品在不同波长下的吸收峰值。
5. 浓度计算：根据样品在特定波长下的吸收峰值，结合事先建立的吸收系数与浓度之间的关系曲线，可以计算出待测气体的浓度。
需要注意的是，建立关系曲线时应尽量采用多个浓度级别的标准样品，以提高计算结果的准确性。
二、实验注意事项1. 样品的选择与准备：为确保实验结果的准确性，应选择纯度高、浓度稳定的标准样品，并在使用前进行适当的准备处理。
2. 仪器参数设置：在进行实验前，应仔细设置红外光谱仪器的工作条件，包括波长范围、样品室温度和压力等参数。
保证仪器处于最佳工作状态，以获得准确可靠的测量结果。
3. 数据采集与处理：在进行数据采集时，应保证仪器处于稳定状态，避免干扰源的干扰。
对于采集到的数据，应进行适当处理，例如平滑处理、背景校正等，以提高测量结果的准确性。
4. 比较分析：在进行测量前后，可以采用对照试验或与其他方法进行比较分析，以验证红外吸收光谱的测量结果的准确性和可靠性。
三、实验应用与发展基于红外吸收光谱的气体浓度测量方法具有许多优点，如高灵敏度、快速测量、非破坏性等。
基于红外成像技术的气体监测系统设计
基于红外成像技术的气体监测系统设计近年来，环境问题已经成为全球关注的焦点之一。
其中，空气污染问题引起了大家的广泛关注。
如何有效地监测和控制空气污染物成为了一个急需解决的问题。
传统的空气监测方式主要是通过样品采集并送至实验室进行室内检测，但是这种方式存在检测时间长、分析过程复杂的缺点。
因此，基于红外成像技术的气体监测系统应运而生。
I. 基于红外成像技术的气体监测系统原理基于红外成像技术的气体监测系统主要是通过红外成像仪对空气中的气体进行检测，监测其分布情况和浓度值。
其原理主要是利用气体分子间的互相作用过程，使红外线能量的某些波长被气体分子所吸收，从而测量气体浓度。
II. 红外成像仪的优势相比于传统的空气监测方式，基于红外成像技术的气体监测系统具有以下优势：1.快速检测红外成像仪能够快速检测出空气中的气体浓度，且检测时间只需几秒钟，远远快于传统的样品采集和实验室检测方式。
2.高效监测红外成像仪能够非常准确地监测出空气中的气体浓度，而且监测范围广泛，可以对大面积区域进行监测，这在某些特殊场合下非常重要。
3. 实时监测红外成像仪能够实时监测气体的浓度变化，并将数据传输到监测中心，实现远程监控和数据共享，提高监测效率。
III. 气体监测系统的设计1.硬件设计气体监测系统主要由红外成像仪和控制电路两部分组成。
其中，红外成像仪负责气体的检测和图像采集，而控制电路则负责控制红外成像仪的工作模式和信号处理。
在硬件设计中，需要选择合适的红外成像仪和电路模块，进行封装和组装，以满足实际应用需求。
2.软件设计气体监测系统的软件设计主要包括数据采集、图像处理和数据分析三个部分。
其中，数据采集模块负责实时采集红外成像仪产生的图像数据，图像处理模块则对采集的图像数据进行预处理，然后使用图像处理算法进行图像分析。
数据分析模块则将处理后的数据进行分析，得出气体浓度的分布情况和变化趋势。
IV. 气体监测系统的应用前景基于红外成像技术的气体监测系统具有广阔的应用前景。
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ａ ｒ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍｅ．ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ｅ ｎ ｄ ｏ ｆ Ｎ０，ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍｅ ｂ ｕ ｔ ａ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｄ ｉ ｆ ｅ ｅｎ ｒ ｃ ｅ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ．
钟 琪， 王 强
（ 中 国环境 监测 总站 ， 北京
１ ０ ０ ０ １ ２ ）
摘要： 介 绍 了一 种 基 于 中红 外 吸 收 光 谱 的 高灵 敏 长光 程 环 境 空 气 监 测 仪 器 ， 对 其 进 行 了 实验 室 性 能 测 试 ， 并 与 点 式
化 学发光法仪器进行 了对 比测试 。实验 室测试结果表 明， 长光程仪 器的 Ｎ Ｏ 、 Ｎ Ｏ 和 Ｎ Ｈ 的零 点和 量程 漂移 均小于 ±１ ％Ｆ ． Ｓ ． ／ ２ ４ｈ ， 示值误差 均小于 ０ ． ５ ％， 重复性小于 １ ％， 稳定性 小于 ±２ ． ５ ％ 。现 场比对测试 结果表明 ， 长光程和
５ ％ 。ｒ ｅ ｐ ｅ ａ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｉ ｓ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ａ ｎ １ ％ ． ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｉ ｓ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ａ ｎ ±２ ． ５ ％． Ｃｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ｏ ｎ ｓ ｉ ｔ ｅ ｅｓ ｒ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ
点式 仪 器 对 Ｎ Ｏ和 Ｎ Ｈ ３的 测 量 结 果 基 本 一 致 ， Ｎ Ｏ 测 量值 的 变 化 趋 势基 本 一 致 ， 但 是 存 在 一 定差 异 。
关键词 ： 中红外吸收光谱 ； 长光程 ； 环境 空气监测仪器 ； 化 学发 光法 ； 对 比测试
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｔ ｐｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｈ ｉ ｇ ｈ—ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｌ ｏｎ ｇ —ｐ ａ ｔ ｈ ａ ｍｂ ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｉ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｍｉ ｄ—ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ａ ｂ －
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中图 分 类 号 ： Ｔ Ｍ ６ ２ １ ； Ｘ ５ １
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ： １ ６ ７ ４— ８ ０ ６ ９ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ６— ０ ４ ９— ０ ４
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２ ０ １ ７年 ｌ ２月
电 力
科
技
与 环
保
第３ ３卷
第 ６期
基 于 中 红 外 吸 收 光 谱 的 长 光 程 仪 器 在 环 境 空 气 监 测 中 的 应 用
Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌ ｏ ｎ ｇ— — ｐ ａ ｔ ｈ ａ ｉ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｍｉ ｄ — －ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ ｉ ｎ ａ ｍｂ ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｉ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ