差分吸收光谱技术在环境检测中的应用研究
城市污染气体分布的车载被动差分光学吸收光谱遥测技术研究
系 数 Ｒ 一 ０ ８ ， 的 相 关 系 数 Ｒ － ０ ５ 。实验 结 果 表 明 车载 Ｉ ） Ｓ的光 学 遥 测 方 法 为 城 市 污 染 气 体 分 布 ．６ Ｎ
１１ Ｄ ． ＯＡＳ原 理
于控 制 城 市 中 的大 气 污 染 有 着 极 其 重 要 的意 义 。 当前 测 量 区 域 污 染 物 浓 度 分 布 的 方 法 很 多 ，有 卫 星 观 测 、模 型 计 算 、长程 【（ ） ＡＳ等 。１星 观 测 ［ 于 其 单 像 冗 覆 盖 ） ｛ ｛ 面积 大 ，空 间 分辨 率 达 不 到城 市 洲 的 要 求 （ （ＭＩ 空 间 如 ） 的 分 辨 率 为 １ ｍ ×２ ｍ）ｌ 且 成 本 高 ，不 适 用 于 城 市 的 污 ３ｋ ４ｋ Ｅ３ ］
大 的时 间和 空 间 尺 度 内的 污 染 监 测 。
Ｓ 和 Ｎ（ 在 空 气 中浓 度 很 低 ， 于一 种 痕 量气 体 ， Ｏｚ ） ２ 属 但 其 是 大气 污染 和酸 化 的 主要 来 源 ，它 们 已 成 为 空 气 质 量 监 测
的 主要 对 象 ， 此 测 量 大 气 中 的 Ｓ ２和 Ｎ 浓 度 及 分 布 对 因 ０
染 分 布 监 测 ；模 型计 算 是一 种理 沦 研 究 ，凡需 要 当地 污 染 的 先 验 知 识 ， 与实 际观 测 有 差 异 这 ；氐程 ＥＯ Ｅ 要 关 注 ＸＡＳ 主
车载 Ｉ） Ｘ ＡＳ技 术 是 以 太 阳 天顶 散射 光 作 为 光 源 ， 用 气 利
环境监测中的光谱分析技术考核试卷
9.在环境监测中，使用Cavity Ring-Down Spectroscopy (CRDS)技术主要用来检测：( )
A.气体浓度
B.液体浓度
C.固体表面特性
D.光谱吸收特性
10.下列哪种光谱技术常用于土壤重金属元素的快速检测？( )
A.原子吸收光谱技术
B.原子荧光光谱技术
C. X射线荧光光谱技术
1.请简述光谱分析技术在环境监测中的应用，并列举至少三种光谱分析技术及其主要特点。
2.光谱遥感技术在水体监测中有重要作用。请说明光谱遥感技术如何用于识别和监测水体的污染，并讨论其优势和局限性。
3.激光诱导击穿光谱（LIBS）技术是一种新兴的原子光谱分析技术。请阐述LIBS技术的工作原理，并分析其在环境监测中的应用潜力。
A.叶绿素吸收指数
B.植被指数
C.地表温度
D.水体指数
14.关于激光诱导击穿光谱（LIBS）技术的描述，以下哪项是正确的？( )
A.需要复杂的前处理
B.只能分析固体样品
C.具有高空间分辨率
D.对环境样品无破坏性
15.在光谱分析中，以下哪种情况不会导致光谱信号衰减？( )
A.光程增加
B.溶液浓度降低
C.光谱仪的镜头污染
A.金属元素分析
B.非金属元素分析
C.稀土元素分析
D.有机物分析
3.以下哪些是近红外光谱分析的优势？( )
A.无需样品预处理
B.快速分析
C.成本低
D.可以分析固体、液体和气体
4.以下哪些因素会影响拉曼光谱的强度？( )
A.样品浓度
B.激光功率
C.光栅分辨率
D.温度
5.光谱遥感技术中，哪些波段可以用于监测水体的污染程度？( )
差分吸收光谱法烟气排放在线检测系统
第２ ７卷第 ２期
２Ｏ Ｏ ７年 ５月
承 德 民族 师 专学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｅ ｇ ｅＴｅ ｃ ｅ ｓ ｏ ｒ ａ ｆＣｈ ｎ ｄ ａ ｈ ｒ ’Ｃｏｌｇ ｏ ｔ ｎ ｌ ｉｓ ｌ ｅ ｆ ｒＮａ ｉ ａｉ ｅ ｅ ｏ ｔ
摘 要 ： 绍 了差 分 吸 收 光谱 （ ０Ａ ） 线 监 测 系统 的 基 本 结 构 ， 析 了 Ｄ 介 Ｄ Ｓ在 分 ＯＡＳ的 光 谱 处 理 方 法 ， 结 了 Ｄ 总 ｏＡＳ 检 测 系 统 的 优 缺 点 。Ｄ ＯＡＳ系 统是 一 种 新 型 在 线 式 自动 监 测 系 统 ， 利 用 差 分 吸 收 光 谱 分析 方 法 ， 同 时对 多种 气 它 可 体 进 行 连 续 检 测 ， 具 有远 程 监 控 能 力 ； 据 通 过 计 算 机 进 行 处 理 ， 实 时 记 录 污 染 源 的 烟 气 排 放 的 情 况 ； 有 良 并 数 可 具
好 的发 展 和 应 用 前景 。
关 键 词 ： 染 源 ； 分 吸 收 光 谱 法 ； 气 ； 线检 测 污 差 烟 在 中国分类号 ： ３ Ｘｌ 文 献标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：Ｏ ５ １ ５ （０ ７０ －Ｏ ４ 一 Ｏ １Ｏ— ５４２０）２ Ｏ９ ２
我 国 的 大 气 污 染 以 煤 烟 型 为 主 ， 尘 、 氧 化 硫 仍 是 大 烟 二 气 环 境 的 首 要 污 染 物 。 ２ ０ 年 ， 国废 气 中二 氧 化 硫 排 放 在 ００ 全 总 量 １９ ９ ５万 吨 ， 中工 业 来 源 的 排 放 量 １１ 其 ６ ２万 吨 ； 尘 排 烟 放总量 １６ １５万 吨 ， 中工 业 烟 尘 排 放 量 ９ ３万 吨 ， 后 较 长 其 ５ 今 时期 内 ， 两 种 污 染 物 是 我 国实 施 污 染 物 排 放 总 量 控 制 的重 这 点 。 统计 ， 尘 、 气 二 氧 化 硫 和氮 氧 化 物排 放 量 中火 力 发 据 烟 烟
紫外烟气综合分析仪采用的紫外差分吸收光谱技术是如何实现测量的
紫外烟气综合分析仪采用的紫外差分吸收光谱技术是如何实现测量的青岛众瑞便携式紫外烟气综合分析仪（H款，热湿法）采用紫外差分吸收光谱技术测量烟气中的SO2、NO、NO2和NH3，其中紫外差分吸收模块在热湿状态下进行测量，避免除水造成的烟气组分损失。
紫外差分吸收光谱技术原理：当紫外-可见连续光谱经过含有被测污染气体的样气时，特定波长光能被样气中的污染气体吸收，光的吸收（吸光度）与污染气体浓度呈正比，采用光谱分析和化学计量学方法建立起实验室标定吸光度和污染气体浓度之间的经验曲线，根据现场被测样气的吸光度实时计算样气中污染气体浓度。
在实际测量中，不仅存在气体分子对光的吸收，还存在瑞利散射、米氏散射等对光的衰减作用，差分吸收的基本思想是将气体分子的吸收截面分为两个部分，一是随波长作缓慢变化的宽带光谱结构，即低频部分，二是随波长作快速变化的窄带光谱结构，即高频部分。
DOAS方法利用吸收光谱的高频部分计算得出气体浓度。
由于DOAS方法分析的是吸收光谱的高频部分，而水汽、烟尘和其他一些成分的吸收光谱均属于低频，因此DOAS技术可以有效地去除水汽、烟尘等对测量结果的影响，使测量结果可以更准确、更稳定、更可靠。
同时，由于每种气体分子都有其特征吸收光谱，使得DOAS可以同时测量多种气体组分。
青岛众瑞便携式紫外烟气综合分析仪（H款，热湿法）采用紫外差分吸收光谱技术测量烟气中的SO2、NO、NO2和NH3，可选O2、CO、CO2、H2S传感器测量气体浓度，不受烟气中水蒸气影响，具有较高的测量精度和稳定性，特别适合高湿低硫工况测量。
整机采用一体便携式设计，采样管和主机为一体，携带方便。
可供环境监测部门对各种锅炉排放的气体浓度、排放量进行检测，也可应用于工矿企业进行各种有害气体浓度的测量。
1。
光学分析技术在环境监测中的作用前景如何
光学分析技术在环境监测中的作用前景如何在当今社会，环境问题日益严峻，对环境进行有效的监测成为了保障人类生存和发展的重要任务。
而在众多的环境监测技术中，光学分析技术以其独特的优势逐渐崭露头角。
那么，光学分析技术在环境监测中的作用前景究竟如何呢？光学分析技术是一类基于物质与光相互作用而建立的分析方法。
它利用光的吸收、发射、散射、折射、反射等特性，对环境样品中的各种物质进行定性和定量分析。
与传统的环境监测方法相比，光学分析技术具有许多显著的优点。
首先，光学分析技术具有很高的灵敏度。
能够检测到极低浓度的污染物，这对于早期发现环境中的潜在威胁至关重要。
例如，利用荧光光谱技术可以检测到痕量的有机污染物，其检测限甚至可以达到纳克甚至皮克级别。
其次，光学分析技术具有良好的选择性。
通过选择合适的光源和检测波长，可以针对特定的污染物进行准确的测定，减少其他物质的干扰。
这使得在复杂的环境样品中能够精准地识别和定量目标污染物。
再者，光学分析技术通常具有快速的分析速度。
能够在短时间内完成大量样品的检测，为环境监测提供及时的数据支持。
这对于应对突发环境事件和进行大规模的环境调查具有重要意义。
在环境监测的各个领域，光学分析技术都发挥着重要的作用。
在大气环境监测中，差分光学吸收光谱技术（DOAS）可以用于监测大气中的气态污染物，如二氧化硫、氮氧化物等。
通过对这些污染物在特定波长处的吸收特性进行分析，可以实时获取其浓度信息，为大气污染的防治提供依据。
激光雷达技术则可以对大气中的颗粒物进行监测，能够测量颗粒物的浓度、粒径分布以及垂直廓线等参数，有助于深入了解大气颗粒物的传输和扩散规律。
在水环境监测方面，紫外可见分光光度法是一种常用的光学分析技术。
它可以用于测定水中的化学需氧量（COD）、总磷、总氮等指标，反映水体的污染程度。
荧光光谱技术可以检测水中的有机污染物，如多环芳烃、农药等。
此外，拉曼光谱技术也逐渐应用于水环境监测，能够分析水中的无机物和有机物的结构和组成。
差分光学吸收光谱
差分光学吸收光谱（Differential Optical Absorption Spectroscopy, DOAS）是一种先进的环境监测技术，用于测量大气中痕量气体的浓度。
其基本原理基于不同气体分子在特定波长范围内对太阳光或人工光源的特征吸收现象，并通过比较测量光谱与参考光谱之间的差异来确定目标气体的浓度。
DOAS技术的工作流程包括以下步骤：
光源：使用自然光（如日光）或人造光源发出连续的紫外至可见光谱范围内的光。
光路传输：光线穿过待测的大气层，在这个过程中，气体分子会根据自身的吸收特性吸收部分特定波长的光。
光谱采集：通过望远镜、光纤或其他光学系统收集穿过大气后到达地面或反向散射回来的光信号，并聚焦到光谱仪入口狭缝。
光谱分析：光谱仪将接收到的光信号转换为电信号，然后进行分光和探测，得到连续的光谱数据。
差分处理：根据Lambert-Beer定律计算并分析每个波长点处的光强变化。
通过对测量光谱和背景/清洁空气光谱进行数学上的差分运算，提取出目标气体特有的窄带吸收结构，消除宽谱吸收和其它非目标气体的影响。
反演算法：应用差分吸收光谱反演算法，解算出沿光路路径上目标气体的平均浓度。
DOAS技术的优势在于：
非接触式测量，不受采样器影响。
可实时检测多种气体，具有较高的灵敏度和准确性。
能够有效抑制背景噪声和多组分混合气体干扰。
适用于远程测量，获取较大区域内的平均气体分布信息。
这项技术广泛应用于空气质量监测、环境污染源排放监测、大气化学研究以及环境保护等领域。
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简答题：1、什么是完全抽取法？它有何优点？答：完全抽取法是采用专用的加热采样探头将烟气从烟道中指取出来，经过伴热传输，使烟气在传输中不发生冷凝，烟气传输到烟气分析机拒后进行除尘、除湿等处理，然后进入分析仪进行分析检测。
完全抽取法也叫直接抽取法。
其优点是：①干基测量，可以直接测得干烟气中污染物含量；②由于烟尘和水蒸汽已经从样品中去除，所以分析仪的测量精度高。
其缺点是：①样品气体需要伴热，保温传送（温度保持在140-160°C之间）；②样品气体需要降温、除水等预处理；③在高硫分场合有酸冷凝的可能，采样和预处理部件需要防腐蚀；④采样流量较大（一般＞2L/min），过滤器易堵塞，需要定期进行反吹。
第一章2、固定污染源连续监测的采样方式主要有哪些？答：采样方式分为抽取采样法和直接测量法两种。
抽取采样法又分为直接抽取法和采样稀释法；直接测量法又分为内置式测量和外置式测量。
3、直接抽取法中的前处理方式和后处理方式的优缺点？答：直接在探头后降低烟气温度低于环境温度并除湿的方式称为前处理方式。
其优点：烟气经处理后能更灵活地选择分析仪；探头后除水，不需要加热采样管。
其缺点：探头后处理烟气对处理系统进行维护时不太方便；可在探头上降温、除湿，使探头变得复杂；传输距离远使样品气体浓度变化，造成测量误差。
在气体进入分析仪之前对烟气进行净化、降温、除湿的处理方式称为后处理方式。
其优点：便于人员检查处理系统。
其缺点：但须使整个采样管保持适当的温度。
4、直接抽取式CEMS中电子制冷器的原理？答：在两个不同导体组成的回路中通电时，一个接头吸热，另一个接头放热，这是珀尔帖效应。
改变输入直流电源的电流强度，就可以调整制冷或制热的功率。
同时通过改变直流电源的极性，就能使热量的移动方向逆转，从而达到任意选择制冷或制热的目的。
5、直接抽取式CEMS中隔膜泵的原理？答：隔膜泵的工作原理是机械冲程活塞或由连续棒移动活塞。
隔膜往复运动，短脉冲方式移动气体，当隔膜上升，气流从下通过吸气阀进入泵的内腔；当隔膜被推下时，吸气阀关闭同时排气阀打开，气体进入采样管。
大气污染物遥测技术综述
大气污染物遥测技术综述摘要：本文综述了国内外遥测大气污染的研究现状，介绍了大气污染物遥测的多种方法及特点。
对各种方法存在的问题和大气污染遥测技术的发展趋势进行了讨论，指出在大气污染物监测领域中主被动相结合、各种数据处理方法相融合是今后大气污染物遥测技术的重要研究方向。
关键词：遥测大气污染物激光雷达随着工业的发展，城市的环境污染问题越来越严重，大气污染更是主要问题。
大气污染指人类活动和自然过程造成某些物质进入大气，达到一定浓度，对人体产生了危害。
遥测技术具有监测范围广、速度快、非接触，且便于进行长期的动态监测等优势，是传统方法不可比拟的。
它不仅可以快速、实时、动态、省时省力地监测大范围的大气污染，也可以应用于突发性大气环境污染事件的监测，在一定的技术改装的条件下，还可以应用于化学战剂的识别与定量。
因此，大气污染的遥测技术已经成为大气污染监测的重要手段。
1 大气污染遥测技术1.1 差分光学吸收光谱技术差分光学吸收光谱技术针对大气中污染气体存在特征吸收波长为基础，通过特征光谱计算污染气体浓度的。
差分光学吸收光谱技术已应用于大气污染的监测中。
George Mount等人[1]在WSU农场利用DOAS技术在温度为11～21°的条件下，对NH3、SF6进行了监测并得到30～75μg/m3的检出范围；John G.Murphy等人[2]采用多光路可调谐激光结合线阵CCD、望远系统实时监测大气污染，并成功应用于工业厂房污染监测系统中；中国科学院安徽光学精密机械研究所刘清文，谢品华等人[4-7]一直从事该项技术的研究与应用，先后应用DOAS方法对SO2、NO2、NO、NH3、单环芳香烃有机物做出测量，实验值与实际值有较好的吻合；厦门大学物理学系周海光，陈波等人[8,9]利用DOAS技术监测大气污染物NO2在厦门地区的分布及其浓度。
1.2 差分吸收激光雷达技术激光雷达(Lidar)是主动光学遥测的。
在大气遥测中，差分激光雷达技术(DIAL)是通过两波长不同的激光作光源，沿着同一途径交替传输，被监测的气体对一束光强烈吸收，而另一束几乎不吸收；因光受颗粒散射的截面大小主要由光的波长决定，气体分子和气溶胶对这两束光具有基本相同的散射能力，因此，获得这两束反射光的强度差即可确定气体的平均浓度。
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差分吸收光谱技术在环境检测中的应用研究[摘要]差分吸收光谱技术虽然是一种新兴的空气检测方法，但是在很多方面
比传统检测技术优势明显。
笔者结合对差分吸收光谱技术的研究，在论文中阐述了差分吸收光谱技术的原理以及在大气环境检测中的应用。
[关键字]差分吸收光谱技术技术原理大气环境检测
随着世界经济的不断发展，工业气体排放日益加重，空气中充斥着大量的二氧化硫以及氮氧化物等有害气体，不但造成空气环境的极端恶劣，也给人们的身体健康造成了严重的影响。
当前，各种检测技术方法或大或小的存在弊端、缺陷，随着环境检测理论与技术的进步，差分吸收光谱技术脱颖而出，成为大气环境检测领域的宠儿。
1差分吸收光谱技术在环境检测应用中的发展
自二十世纪八十年代以来，美国、瑞典、德国等诸多国家开发出以常规光源为基础的长光程光谱分析仪，并投入市场使用，我国开始自主研发差分吸收光谱技术则开始于1998年，在2002年一些科研机构开发出相应的环境监测系统，能有效检测出空气中的有害气体，包括二氧化硫、二氧化氮以及氨气等，目前这些仪器主要分布于南宁、北海、桂林以及张家港、怀化等地区。
2差分吸收光谱技术的基本原理
差分吸收光谱技术简称DOAS，根据分子吸收光辐射的原理，不同的分子吸收的光辐射也各不相同，因此当光穿过被检测气体样本时，会被样本中的分子选择性吸收，从而使得光在结构上与没穿过样本之前的光有所不同，通过与原先的光谱进行分析即可得到吸收光谱。
分析吸收光谱能够确定样本中是否存在一些特定的成分，同样也可以分析出样本中这些特定物质的含量。
图1为典型的DOAS系统示意图，根据Lambert-Beer吸收定律，当光线穿过均匀且有一定厚度的气体介质时，假设该气体介质厚度为L，浓度为C，可得透射光强I（λ，T，P）和入射光强I0（λ）的关系公式为：
I（λ，T，P）= I0（λ）·e-σ（λ，T，P）·C·L ①
其中σ为气体的吸收截面。
在式②中，σi -第i种气体吸收的截面；Ci -第i种气体在光程L上的平均浓度；εM –米散射系数；εR –瑞利散射系数；A-测量系统与波长关系变换相对平缓的慢变结构
其中，式③中，σB –慢变结构；σ’-快变结构
接着把式③代入式②可得：
式④可改为：
把式④与式⑤相比较，可得差分光学密度OD’：
最后通过最小二乘法对式⑥求解，则可得到各污染物在气体内的平均浓度。
3差分吸收光谱技术在环境检测中的关键
3.1高质量吸收光谱的获取
差分吸收光谱技术作为一种弱光谱检测技术，对屏蔽噪声、杂散光等干扰有较高的要求，并且为了得到精确的分析检测结果，就需要确保测量光谱的质量。
吸收光谱在差分吸收光谱技术中占有重要地位，因此为了提高吸收光谱的质量，可以采取以下措施。
首先结构上，为了降低太阳光的干扰，可采用大焦距的望远镜；其次，使用双Czemy-Turner结构的单色仪，以减少内部的杂散光；第三，为了使扫描的时间缩短，可以采用快速扫描的方式；第四，使用光电二极管阵列测定谱段光谱可以降低大气扰动带来的影响；第五，保持探测器的恒温、低温，以便减少暗泄漏电流导致的噪声干扰。
3.2光谱的反演计算
反演计算在差分吸收光谱技术中占有重要地位，影响着该技术测量的成功与否。
在差分吸收光谱技术中往往会涉及到三个光谱，第一是测量光谱；第二是背景光谱；第三是光源光谱。
在计算差分吸收光密度的计算值时，需要对上述三种光谱进行去除暗电流干扰的处理。
紧接着在测量光谱以及光源光谱中去除背景光谱，然后再用测量光谱除以光源光谱，所得结果即为预处理光谱。
随后对这个预处理光谱进行高通与低通的快速傅立叶变换计算，可得两个光谱，即精细结构的预处理光谱和预处理光谱的慢变化走势光谱。
然后在用前者与后者相除，多的结果的对数即为差分光学密度。
3.3差分吸收光谱技术测量精度的主要影响因素
在利用该技术进行环境检测时，还需要充分考虑影响测量精度的因素，具体包括以下两个方面。
影响一是标准吸收截面。
因为标准吸收截面不仅与波长有关，还受到压力以及温度的影响。
所以在进行实时浓度的反演计算过程中，并没有该温度下标准差分吸收截面可供参考。
此外，标准差分吸收截面的测定一般在实验室进行，而具体的实际操作中，因为仪器的精度问题，从而出现误差。
影响二是噪声以及其他气体的影响。
在进行测量时，各式各样的噪音、其他气体对光的吸收等，都会使得测量出现误差。
4总结
作为一种新兴的大气环境检测技术，差分吸收光谱技术有着无可比拟的优势。
操作简单、运行成本低廉、维护方便、故障率较低等特点，使得差分吸收光谱技术在环境监测中被越来越多的运用。
随着该技术的不断发展与研究，差分吸收光谱技术必将在大气环境检测领域取得良好的效果，成为防治环境污染、保护环境的尖端科技。
参考文献
[1]李素文，杨军，陈得宝.利用DOAS技术同时反演气溶胶和大气痕气体方法研究[J].光谱学与光谱分析.2010（08）.
[2]施捷，张高，丁文赋.基于差分吸收光谱技术的环境空气检测系统[J]. 现代科学仪器.2010（03）.。