【微光谱应用】基于微型光纤光谱仪检测废气超低排放

大气污染问题逐渐成为社会各界广泛重视的焦点，燃煤电厂或锅炉排放作为污染大户必须严格遵循排放标准，因此大量企业在改造废气处理设备同时，相应的监测设备也要升级。

已有的工程经验和实验室反复测试表明，由于水分、低浓度气体组分交叉干扰、仪器线性等多重因素影响，基于单点探测器的非分散红外分析仪表存在零点和量程飘移打、环境适应性差能难题，尤其是在二氧化硫、氮氧化物低于50毫克/立方米时，测试精度出现较大偏差，远不如基于紫外可见光谱的差分吸收光谱分析技术（DOAS）可靠。

什么是DOAS？

差分吸收光谱方法(DOAS)是一种光谱监测技术，其基本原理是利用空气中气体分子的窄带吸收特性来鉴别气体成分，并根据窄带吸收强度来推演气体浓度。DOAS可用于城市、地下通道、工业矿区的有害气体的监测。该方法具有原理和结构简单、响应速度快、精度高等优点。尤其重要的是，该技术通过滤波手段，可有效排除颗粒物和水汽对测量的影响，这对于烟气排放监测很有帮助。克服了烟气中的其他气体成分，可直接对气流实时的在线测量，不需对烟气做任何处理。DOAS技术的硬件核心是紫外可见光谱仪。

DOAS技术优势

差分吸收光谱系统的监测范围很广,所测得的气体浓度是沿几百米到几公里长的光路上的气体浓度的均值,可以消除某些污染排放源对测量的干扰,所以测量结果更具有代表性。

由于该方法是非接触性测量,因而可以避免一些误差源的影响,比如检测对象的化学变化、采样器壁的吸附损失等，特别适合于测量一些性质比较活泼的气体分子和离子的质量浓度

差分吸收光谱方法的测量周期短、响应快,并且仪器可实现紫外到可见光谱区的扫描,从而用一台仪器可实时检测多种不同气体的质量浓度。

DOAS系统采用光学仪器比较稳定，因此，维护量小，运行费用低。

典型DOAS设备结构图

可以看出，光谱仪作为该系统的核心检测设备，扮演着非常重要的作用，光谱仪与其他结构件之间的协同工作效率以及产品自身的性能指标很大程度上影响着最终输出的光谱结果。海洋光学的光谱仪在该领域有大量应用案例，至今德国Heidelberg大学环境物理研究所仍在大量使用海洋光学USB系列光谱仪，用于对流层卤素物、火山排放、极地大气化学和工业排放等领域的研究。

Flame系列HDX系列Maya系列

我们对一氧化氮与二氧化硫进行实际测试，采集吸光度数据，参考光谱为没有待测气体的测量谱。下图展示了一氧化氮与二氧化硫混合气体检测示例图谱：

测试条件：常温常压

测试设备：海洋光学USB2000+、脉冲式氙灯。光路为折叠式气体池，总光程为5m。其中一氧化氮的浓度为20.5ppm，二氧化硫的浓度为5.1ppm。

图2 二氧化硫与一氧化氮混合气体吸收光谱

上图中纵坐标为吸光度，横坐标为波长，其中红色区域的特征吸收峰为一氧化氮的两个特征吸收峰，其中叠加了二氧化硫的部分吸收，两个黑色区域内是二氧化硫的特征吸收峰。用户可以在此吸光度信号基础上，运用差分算法，对原始信号进行进一步分离和提取，或者直接根据吸光度峰值或面积数据，结合系统标定结果，推算待测气体浓度

结果讨论

基于海洋光学微型光纤光谱仪检测二氧化硫和氮氧化物，具有零点和量程漂移小，抗干扰能力强，测量准确度高等优点。海洋作为您合作的芯伙伴，结合软件二次开发能力，提供集成度高、稳定性好的核心功能模块和技术服务，进而为有监测需求的用户提供强有力的帮助，助力中国污染治理事业。

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asiasales@oceanoptics.com