差分吸收光谱技术在工业污染源烟气排放监测中的应用_孙友文
差分吸收光谱反演方法在环境监测系统中的研究
科技资讯 SC I EN C E &TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N 污染及防治随着人类对大气环境的进一步破坏,恶劣的极端天气不断反作用于人类本身,迫使人类渐渐醒悟,通过控制手段,对已经破坏的环境进行改善,以减少大气污染对人类健康的威胁程度。
为了能更好的控制大气污染物的来源和浓度,必须通过环境监测系统对大气污染物如甲醛、二氧化氮,二氧化硫等等有害气体进行浓度监测,以采取必要的措施对其排放途径进行控制。
在对大气污染物监测中,常用的方法是差分吸收光谱法。
差分吸收光谱法能够观测在紫外和可见谱段有特征吸收的许多分子,如:NO2,NO,NH3,CIO,IO,O3,SO2,CS2,HCO和芳香烃有机物[1],在反演污染物浓度的应用上具有较多的优点。
因此,差分吸收光谱反演方法在环境监测系统中的研究与应用非常重要。
1 差分吸收光谱法的基本原理和特点1.1差分吸收光谱反演方法的基本原理差分吸收光谱技术主要利用气体分子在紫外/可见光波段的特征吸收来进行监测[2],基本原理是根据Lambert-Beer吸收定律,应用滤波技术,将大气光谱中随波长变化较慢的部分光波去除,余下的是分子的窄带吸收所造成的光衰减,将这部分光谱与经过相同滤处理的实验室的标准参考谱作最小二乘拟合,最后反演出所测气体的浓度[3],这个过程也是差分吸收光谱反演方法在环境监测系统中应用的理论过程。
1.2差分吸收光谱法的特点1.2.1应用广泛差分吸收光谱法可以进行多种大气污染物的测量,并能够实现利用一台仪器在野外进行多种物质的浓度进行监测,这对研究大气化学变化和污染物之间相互转化规律有关非常重要的意义[4]。
1.2.2测量距离广应用差分吸收光谱法进行某种或某几种气体进行监测时,通过需要从几百米至几千米的距离内监测数据进行平均取值,因此,设备监测距离远达至几千米之外,这样的远距离测量方法,是其它监测方法无法比拟的。
差分吸收光谱法在线测量烟气浓度的理论与系统研究的开题报告
差分吸收光谱法在线测量烟气浓度的理论与系统研究的开题报告一、研究背景和意义随着工业化进程的加速和人类工业活动的不断增加，大量的工业废气和污染物被排放到大气中，给人类的生活和环境带来了巨大威胁。
烟气是其中的一种主要污染物，其含有的二氧化硫、氮氧化物、氨等对人体健康和环境都有不良影响。
因此，对烟气浓度进行在线监测和控制对于环境保护和人类健康非常重要。
差分吸收光谱法（DOAS）是一种在线测量烟气浓度的新型技术，具有实时性好、准确性高、非侵入性等优点，在散射光、辐射传输、激光光谱分析等领域都有广泛应用。
因此，研究差分吸收光谱法在烟气浓度在线监测和控制方面的应用具有非常重要的意义。
二、研究内容和方法本课题主要研究差分吸收光谱法在线测量烟气浓度的理论和系统方法，研究内容包括：1.差分吸收光谱法原理及其在烟气浓度测量中的应用。
2.烟气特性分析及对差分吸收光谱法测量的影响。
3.烟气分析系统的设计与构建，包括激光发射器、光纤传输系统、光学系统、探测器等。
4.系统参数的优化和校准。
5.系统实验研究和数据分析。
本课题主要采用理论研究、系统构建和实验研究相结合的方法，通过对DOAS测量原理和烟气特性进行分析，设计和构建差分吸收光谱法在线测量烟气的系统，并通过实验对系统进行测试和验证。
三、研究预期成果和意义本课题研究的预期成果有：1.建立基于DOAS的烟气浓度在线监测系统，实现对烟气浓度的实时监测和控制。
2.对差分吸收光谱法在烟气浓度在线监测中的应用进行深入研究，为其在其他领域的应用提供参考。
3.提高我国烟气排放监测和控制技术的水平，为环境治理和人类健康保护提供技术支持。
本课题研究结果的意义在于利用DOAS技术，提供一种新方法实现烟气在线监测和控制，为环境保护和人类健康提供有效手段，同时也为我国环保技术的发展和提升做出了贡献。
差分吸收光谱技术在环境检测中的应用研究
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。
浅谈差分吸收光谱技术及在大气监测领域中的应用
浅谈差分吸收光谱技术及在大气监测领域中的应用差分吸收光谱技术是近年来应用较为广泛的大气监测方法之一，具有高效率、大范围、便于操作等方面的优势，可以用于大气领域的长期监测工作。
为此，本文针对差分吸收光谱技术的原理与技术要点进行分析，并探讨这门技术在大气监测领域中的应用，希望能够推进这种技术在更加广泛的领域应用。
标签：差分吸收光谱技术；大气监测；比尔-郎博特定律前言：近年来，人们在生产与生活过程中给周边环境造成的影响越来越大，大气污染、臭氧空洞与厄尔尼诺现象逐渐加剧，人们愈发关注环境问题，雾霾及PM2.5对于大气环境的影响也逐渐成为近年来的热门词汇，这种情况下，研究差分吸收光谱技术及其在大气监测中的具体应用，对于探究大气问题具有重要作用。
1.差分吸收光谱技术原理本质上来说，差分吸收光谱技术是利用光谱会被分子所吸收的特性，并根据比尔-郎博特定律中对于不同分子对光辐射区别吸收特点对空气成分与浓度进行判断的一种方法。
当空气或空气池中经过同一束光线时，空气中的不同分子会对光线进行有差别的吸收，会影响光线的波长、强度与光子的组成，被空气分子吸收之后的光谱，同原本的光谱相互对比，即为吸收光谱，此时分析吸收光谱就可以确定空气中某些物质的成分与数量。
一般来说，运用差分吸收光譜技术来监测空气情况，会采用光源、空气池、望远镜设备来进行，由光源发出光束，经过空气池最后通过望远镜来观察，在这一过程中，光线会经过不同的分子吸收与散射作用发生改变。
根据比尔-郎博特定律，光线经过一段分散均衡、厚度（L）一定、密度（C）一定的空气时，透射后的光线强度为I（λ，T，P）和透射前的原光线强度I0（λ）之间的关系为这其中，σ是气体吸收光线谱时的横截面，是一个函数，其种类在于光谱波长、空气温度与压力、空气中分子的种类，其单位为cm2/mole。
空气池中的真实温度与压力，会影响空气吸收光谱的横截面，对光产生散射作用，当空气温度升高18°R，光栅光谱设备就会产生1个像素的位移，当光谱出于室内正常温度或者高温情况下，空气温度与压力对于空气吸收光谱横截面的影响也会对计算带来不利影响，在空气中，光线的强度会随着空气分子的吸收而逐渐衰减，空气内分子对于光子的吸收与散射作用的叠加，其结果如下：这其中，σi是i类型的空气吸收光谱时的横截面；Ci是i类型的空气从空气厚度L中的平均密度；εM是光线的米氏散射系数；εR是光线的瑞利散射系数；A是测量系统与光线波长关系转变较为缓和的结构。
差分吸收光谱技术在环境监测中的理论和应用研究的开题报告
差分吸收光谱技术在环境监测中的理论和应用研究的开题报告一、研究背景和意义差分吸收光谱技术（Differential Optical Absorption Spectroscopy, DOAS）是一种新兴的环境监测技术，在空气质量监测、大气环境污染物控制等领域有着广泛的应用前景。
DOAS技术是一种基于光的非接触式、在线化分析技术，可以实现对空气中各种污染物的定量和定性分析，并且具有快速、高效、准确的优点。
在DOAS技术的实际应用中，主要依靠大气中污染物的吸收光谱特性进行判断，以识别和定量空气中的有害物质，如二氧化硫、氮氧化物、臭氧、挥发性有机物等。
DOAS技术具有测量灵敏度高、抗干扰能力强、非接触式监测等优点，广泛应用于空气质量监测、大气环境污染物控制等领域。
二、研究内容本研究将针对DOAS技术在环境监测中的理论与应用展开深入研究，主要涉及以下几个方面：1. DOAS技术基本原理和实现方法的研究。
介绍DOAS技术的基本原理和实现方法，包括吸收光谱谱线、大气微分光学路径长度、线性最小二乘拟合法等。
2. DOAS技术在空气质量监测中的应用。
探讨DOAS技术在空气质量监测中的应用，如二氧化硫、氮氧化物、臭氧、挥发性有机物等污染物的监测。
3. DOAS技术在大气环境污染物控制中的应用。
研究DOAS技术在大气环境污染物控制中的应用，探讨DOAS技术在定位控制污染源、评估控制效果等方面的应用。
4. DOAS技术的应用前景。
结合国内外研究现状，探讨DOAS技术在环境监测领域的应用前景。
三、研究方法和技术路线本研究主要采用文献资料法和实验法相结合的方法，首先通过文献资料法梳理DOAS技术在环境监测领域的研究现状、发展历程和应用案例，深入探究DOAS技术的基本原理和实现方法。
其次，采用实验法进行数据采集和分析，验证DOAS技术在空气质量监测中的应用实现效果。
最后，结合研究数据结果，探讨DOAS技术在环境监测领域的应用前景。
紫外差分分析仪在烟气超低排放监测中的应用
紫外差分分析仪在烟气超低排放监测中的应用
近年来，环境污染成为人们关注的焦点之一，大气污染由于其对人类健康和环境的影响而备受关注。
烟气超低排放是减少大气污染的重要措施之一。
紫外差分分析仪是一种常用的烟气监测仪器，广泛应用于烟气超低排放监测中。
紫外差分分析仪是基于紫外光吸收原理工作的仪器，它通过测量烟气中的特定化学物质的吸收量，对其浓度进行分析和监测。
与传统的分析仪器相比，紫外差分分析仪具有灵敏度高、分析速度快、操作简单等优点，因此在烟气超低排放监测中得到了广泛应用。
紫外差分分析仪可以用于监测烟气中的二氧化硫排放。
二氧化硫是燃煤、燃油等燃料燃烧过程中产生的主要污染物之一，严重影响空气质量和人体健康。
紫外差分分析仪通过测量二氧化硫在特定波长下的吸收量，可以准确快速地监测烟气中二氧化硫的浓度，实现超低排放要求的监测。
紫外差分分析仪还能够用于监测烟气中的二氧化碳、一氧化碳等其他污染物的浓度。
这些污染物同样对环境和人体健康有着重要影响，因此监测其浓度具有重要意义。
需要注意的是，紫外差分分析仪在烟气超低排放监测中的应用需要结合其他分析技术和设备，以确保准确性和可靠性。
在使用过程中还需要注意仪器的维护和校准，以保持仪器的正常工作状态。
紫外差分分析仪在烟气超低排放监测中的应用
紫外差分分析仪在烟气超低排放监测中的应用随着环境污染问题日益严重，人们对于烟气排放的监测和控制需求也越来越高。
为了实现烟气超低排放监测，紫外差分分析仪成为了一种重要的分析工具和设备。
本文将介绍紫外差分分析仪在烟气超低排放监测中的应用。
紫外差分分析仪是一种基于紫外光谱原理的分析设备，它能够通过测量烟气中物质的吸收光谱来定量分析其中的污染物含量。
相比于传统的湿法分析方法，紫外差分分析仪具有快速、准确、无需样品前处理等优点，因此被广泛应用于烟气超低排放监测。
在烟气超低排放监测中，紫外差分分析仪可以用来检测多种重要的污染物，如二氧化硫、氮氧化物等。
以二氧化硫为例，紫外差分分析仪通过测量烟气中SO2分子在紫外光区的吸收强度来确定其浓度。
它不仅可以实时监测烟气中二氧化硫的排放情况，还可以对各个排放源的二氧化硫排放进行精细化管理。
与传统的分析方法相比，紫外差分分析仪具有以下优势：1.快速准确：紫外差分分析仪采用非接触式测量方式，不需要取样和前处理，测量速度快、准确度高。
2.多功能性：紫外差分分析仪可同时测量多种污染物，可应用于不同的烟气排放监测需求。
3.在线监测：紫外差分分析仪可实现在线监测，及时发现烟气排放异常情况，进行及时调整或治理。
4.操作简便：紫外差分分析仪的操作简单，只需进行简单的设置和校准即可使用，不需要复杂的技术支持。
5.可靠性高：紫外差分分析仪采用高精度的光学元件和控制系统，具有良好的可靠性和稳定性。
紫外差分分析仪在烟气超低排放监测中具有重要的应用价值。
它能够快速准确地监测烟气中各种污染物的含量，为烟气治理提供可靠的数据支持。
未来，随着技术的不断进步和应用广泛，紫外差分分析仪在烟气超低排放监测中的地位将愈发重要。
差分吸收光谱技术
差分吸收光谱技术
《差分吸收光谱技术》
嘿，你们知道吗？有个超厉害的东西叫差分吸收光谱技术！这玩意儿可神奇啦！
我记得有一次啊，我去参观一个环境监测站。
在那里，我就看到工作人员在用这个差分吸收光谱技术来监测空气质量呢。
当时我就特别好奇，凑过去看个究竟。
只见他们摆弄着那些仪器，就像变魔术一样。
那仪器上有好多复杂的按钮和显示屏，我看着都觉得眼花缭乱的。
工作人员特别认真地操作着，他们说通过这个技术可以精确地检测出空气中各种污染物的浓度。
我就想啊，这也太牛了吧！然后我就一直盯着那个仪器看，看着它发出一些奇妙的光，感觉就像是在和空气进行一场神秘的对话。
我在旁边都不敢大声喘气，生怕打扰了它的“工作”。
后来，工作人员还给我详细讲解了这个技术的原理和作用，我虽然听不太懂那些专业术语，但我能感觉到这真的是一项非常重要的技术。
它就像是一个空气的守护者，默默地为我们的环境保驾护航。
哎呀呀，这差分吸收光谱技术真的是让我大开眼界呀！原来科技可以这么神奇，能够让我们更加了解我们生活的这个世界。
我觉得我们真应该好好感谢这些科学家和技术人员，是他们让我们的生活变得更加美好和安全。
总之呢，差分吸收光谱技术真的很了不起，我希望它能越来越厉害，为我们的环境做出更大的贡献！嘿嘿！。
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研究了差分吸收光谱技术在工业污染源烟气排放监测中的应用及实现. 借助于独立的采样和前处理系统去除 烟尘和水汽对光谱拟合的影响. 为避免高浓度的 SO2 在常温下发生光解, 将经前处理后的烟气加热至 150 ◦ C 进行 测量. 采用 Voigt 线型对 SO2 , NO, NO2 在 185—235 nm 波段的吸收截面进行了展宽, 获得了高温气体的标准吸收截 面, 并与归一化的光谱仪仪器函数进行卷积得到了光谱拟合所需的有效吸收截面. 将反演结果与非分散红外分析仪 的测量结果进行了实时对比, 获得了较好的一致性, 验证了差分吸收光谱方法高准确度测量工业污染源烟气排放的 可行性.
2 DOAS 原理
DOAS 技术是利用气体分子对光辐射的 “指 纹” 吸收特性对气体进行定性、定量测量的一种光 谱探测技术. 光源发出的光, 经过一定距离的传输 后, 由于不同分子的吸收, 光谱结构和光强都将发 生变化, 这种变化关系可由 Lambert-Beer 定律给出 I (λ ) = I0 (λ ) exp[−σ (λ )CL], (1)
h 为普朗克常量, c 为光速, k 为玻尔兹曼常量, T 为 实际温度, T0 为参考温度, E ′′ 为分子低能态能量, S0 表示参考温度 T0 时的吸收线强. 压力展宽半宽 γ 和多普勒展宽半宽 γD 的温度和压力相关性可以分 别表示为 P ( T0 )n γ = γ0 , (8) P0 T
3 数字滤波准则
吸收光谱中随波长做 “快” 变化和 “慢” 变化部 分的分离是差分吸收光谱技术的核心, 分离的好坏 直接决定最后的测量精度 [20] . 目前, 研究者们基本 都采用数字滤波的方法实现两者的分离, 即采用高 通数字滤波方法去除光谱的 “慢” 变化, 再使用低 通滤波减小高频噪声的影响. 滤波的具体实现方法 有很多种, 例如低通滤波有平滑滤波、 三角滤波、 Savitzky-Golay 滤波等等; 高通滤波有傅里叶变换 滤波、 多项式回归滤波等等 [21,22] . 本文采用三角 滤波方法减小高频噪声的影响, 采用多项式回归滤 波方法去除光谱中的 “慢” 变化, 分离出 “快” 变化. 高通滤波的具体参数和选择定则为: 先采用五阶多 项式拟合反演波段内的吸收光谱, 再将吸收光谱除 以拟合得到的五阶多项式, 重复滤波 1000 次. 低通 滤波的具体参数和选择定则如 (4) 式所示: 1 1 1 y(i) = y(i − 1) + y(i) + y(i + 1). (4) 4 2 4 相连三个通道的权重系数分别为: 0.25, 0.5, 0.25, 重 复滤波 10 次.
关键词: 环境污染监测, 光学测量技术, 差分吸收光谱, 光谱拟合 PACS: 07.88.+y, 42.87.−d, 42.72.Bj, 33.20.Lg DOI: 10.7498/aps.62.010701
1 引 言
工业生产中的一些环节, 如原料生产、加工过 程、 燃烧过程、 加热和冷却过程、 成品整理过程 等使用的生产设备或生产场所都可能成为工业污 染源 [1−2] . SOx , NOx 等作为工业污染源排放的重 要组成部分, 不仅会破坏大气环境、 危害人类健 康, 也是城市雾霾的重要成因之一, 降低城市能见 度, 破坏地球辐射平衡, 影响全球气候. 由于这些有 害排放物对环境具有潜在威胁, 很多国家都对固定 污染源的烟气排放实施在线监测, 以便进行有效控 制和治理 [3] . 以前的烟气连续排放监测装置 (continuous emission monitoring system, CEMS) 主要采 用采样法, 包括直接采样和稀释采样两类. 近年来 差分吸收光谱法 (differential optical absorption spectroscopy, DOAS) 因具有无需采样、 易于操作、 多 组分实时分析、灵敏度高、价格低廉等优点, 越来 越受 CEMS 的亲睐 [4−7] . 根据采用光源的不同, DOAS 技术可分为主动
(3) 式等号左边也叫差分光学密度 OD, 它仅代表气 体的特征吸收. DOAS 系统通过光谱仪测量 I (λ ) 和 I0 (λ ), L 为已知量, 最后将气体标准吸收截面与处 理后的差分光学密度 OD 做最小二乘拟合, 即可反 演出在该波段有差分吸收特性的各种组分气体的 浓度 [19] .
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DOAS 和被动 DOAS 两种. 被动 DOAS 以太阳光、 月光和星光等自然光的直射或散射光作为光源, 而 主动 DOAS 则利用人工光源作光源, 目前主要是氙 弧灯、氘灯及近期才发展起来的 LED 光源. DOAS 技术最初由德国的 Platt 等 [8] 在 20 世纪 80 年代提 出, 我国于 20 世纪 90 年代末开始引进并逐步发展 该技术, 至今已开展了长光程、多次反射池、腔增 强、 直射太阳光或月光、 车载、 星载、 多轴等多 种不同类型的主被动 DOAS 技术, 广泛应用于环境 大气、 区域污染源大气的污染监测及工业生产过 程的诊断 [9−12] . DOAS 技术应用于工业污染源的烟气排放监 测时, 需克服烟气中高浓度的烟尘、 水汽的影响. 此外由于常温下高浓度的待测气体 SO2 受到紫外 光的照射时会发生光解, 产生单质硫, 腐蚀镜片, 削 弱甚至堵塞测量光路, 降低测量准确度. 为了避免 SO2 发生光解, 需将样品池加热到一定高温, 这样还 需考虑温度对吸收截面的影响. 本文详细介绍一种 主动 DOAS 技术在工业污染源烟气排放监测中的
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物理学报
Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 1 (2013) 010701
应用, 并将测量结果与非分散红外 (non-dispersive infrared, NDIR) 仪器的测量结果进行实时对比, 探 索 DOAS 技术高准确度测量工业污染源烟气排放 的可行性.
物理学报
Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 1 (2013) 010701
差分吸收光谱技术在工业污染源烟气排放 监测中的应用*
孙友文 刘文清† 谢品华 方武 曾议 司福祺 李先欣 詹锴
( 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 环境光学与技术重点实验室, 合肥 230031 ) ( 2012 年 4 月 20 日 收到; 2012 年 7 月 25 日 收到修改稿 )
′ 其中 σ b j (λ ) 表示第 j 种气体的宽带吸收截面, σ j (λ )
表示第 j 种气体的窄带吸收截面, C j 表示第 j 种气 体的浓度, εR (λ ) 和 εM (λ ) 分别表示烟尘、 水汽分 子的 Rayleigh 散射和 Mie 散射的消光系数. 由于 Rayleigh 散射和 Mie 散射截面随波长做 “慢” 变化, 而分子的窄带吸收截面随波长做 “快” 变化, 所以 可以采用差分吸收光谱法将吸收光谱分为慢变化 和快变化部分, 慢变化部分表示各种分子的散射以 及分子的宽带吸收, 快变化部分表示分子的窄带吸 收. 采用滤波方法去除慢变化部分, 则方程 (2) 可写 为 [13−18] ln [ I (λ ) ] I0 (λ ) = −∑σ′ j (λ )C j L, (3)
* 国家高新技术研究发展计划 (批准号: 2009AA063006)、 国家自然科学基金 (批准号: 40805015) 和安徽省优秀青年科技基金 (批准号: 10040606Y28) 资助的课题. † 通讯作者. E-mail: wqliu@ c 2013 中 国物 理学会 ⃝ Chinese Physical Society
∫ +∞
−∞
其中 y=
γ ν − ν0 (ln 2)1/2 ; x = (ln 2)1/2 , γD γD
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(6)
ν 表示波数, ν0 表示每条吸收线的中心波数, γ 和 γD 分别表示压力展宽半宽和多普勒展宽半宽, S 表 示气体在波数 ν 处的吸收线强. S 的温度相关性可 以表示为 [ E ′′ hc ( 1 ( T )n 1 )] 0 exp − , (7) S = S0 T k T0 T
物理学报
Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 1 (2013) 010701ಣюᤰ᥋᧔ᤰ᥋ඡดᤉඡ
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图1
DOAS 烟气分析装置
5 吸收截面处理
由第二部分可知, 有效吸收截面的获取是浓度 反演的关键, 获取误差直接影响到最后的测量误 差. 德国马普研究所开发的 MPI 光谱数据库 (MPIMainz-UV-VIS Spectral Atlas) 可以提供紫外可见波 段绝大多数气体的高分辨率标准吸收截面, 这些 数据都是由实验室高分辨率光谱仪测得, 但该数据 库给出的大多都是常温下 (295 K 或 298 K) 的气体 吸收截面 [23,24] . 为了获得实验所需气体在 150 ◦ C (423 K) 的吸收截面, 基于 MPI 光谱数据库提供的 气体吸收参数, 我们利用 Voigt 线型对 SO2 , NO, NO2 在 185—235 nm 波段的特征吸收谱线进行了 展宽, 值得一提的是, 为了提高气体测量精度, 原则 上需将该波段范围内所有的干扰气体进行展宽, 并 将展宽后的吸收截面参与光谱拟合, 但考虑到烟气 中主要的干扰气体 CO2 ,CO, H2 O 在该波段不存在 吸收或者吸收可以忽略, 所以干扰气体我们只考虑 了 NO2 的影响. Voigt 线型是由多普勒展宽和压力 展宽共同作用的结果, 可以表示为 [25−28]
σ (ν ) =
S γ π3/2
exp(−ξ 2 ) ( x − ξ )2 d ξ , 1+ y
(5)
ν0 ( 2kT ln 2 )1/2 , (9) c M 指数因子 n 为无量纲量, 对于对称分子取 1, 非对称 分子取 1.5[18] , P 和 T 为实际大气压和温度, P0 表 示参考大气压, M 表示气体分子质量. 对于 NO 和 SO2 参考温度取 298 K, 对于 NO2 取 293 K, 参考气 压均取 1 标准大气压. (7)—(9) 式中的其他未知参 数均由 MPI 光谱数据库提供. 在实际的 DOAS 测 量系统中, 携带气体吸收的光信号首先被聚焦到光 γD =