[发明专利]一种气体浓度检测仪及其气体吸收室

说明书

技术领域

本发明涉及光电检测领域，特别涉及一种气体浓度检测仪及其气体吸收室。

背景技术

随着经济的飞速发展，人们的生活不断改善的同时，环境污染也已经成为现代社会面临的重大问题之一。其中，大气污染尤为严重，随着大气中的污染物不断增加，对自然环境和人体健康造成了很大的破坏性。因此，为了防止大气污染的加剧，必须对大气中污染物成分及含量进行检测，现以检测大气中汞的含量为例来阐述具体的检测方法和装置。

汞是大气中危害健康的污染物之一，其主要来源包括自然过程和人为因素，如火山爆发、土壤排放、矿石燃料的燃烧、汞冶炼和电器工业中的使用汞等。在中国，燃煤电厂成为最大汞排放污染源之一，因此必须对汞排放量进行监测，尤其是烟气中汞的含量。在现有的各种测汞的方法中，比较常用的是冷原子吸收光谱法。

冷原子吸收光谱法是基于汞在常温下以原子态汞存在，而原子态汞又易蒸发，汞蒸气对253.7nm波长有特征吸收等特点，根据朗伯-比尔定律建立起来。目前，主要采用单光程气体吸收室的测汞仪，其典型结构如图1所示，发射253.7nm谱线的汞灯01置于气体吸收室02的一端，光电检测器03置于其另一端，进入吸收室的气体样品，如含有微迹的汞，则通过吸收室的光线会因部分被汞吸收而减弱，最后光电检测器根据光线减弱的程度可以测出气体中的汞含量。为了提高测汞仪气体吸收室内气体的置换率，其体积不宜过大，因此，汞吸收光程长受仪器体积的限制，通常不超过35cm。根据朗伯-比尔定律气体吸收室的吸光度和其光程长成正比，因此，上述结构测汞仪光程短、吸光度弱的缺点，从而影响了其检测灵敏度和最低检测极限。

为了增大测汞仪气体吸收室有限空间内的吸光度，人们发明了怀特气体吸收室，其光学系统的结构如图2所示，将三个曲率相同的凹面镜相向安装于气体吸收室内，次凹面镜A和次凹面镜B的球心位于主凹面镜O的球面上，主凹面镜O的球心位于两个次凹面镜所在的球面内，且次凹面镜A和次凹面镜B的球心相对于主凹面镜的主轴左右对称。光源经由位于气体吸收室一端面的入射口射入，根据几何光学原理，该光束在三个凹面镜之间多次反射，最后由与入射口平行且位于同侧的出射口射出并进入光电检测器。在此过程中，被测气体经由位于气体吸收室侧面的进气口进入，然后吸收多次反射的光束，最终由位于进气口相对侧的出气口排出。由图可知，本方案通过上述结构达到了光线在气体吸收室内多次反射增长光程的目的。但是，由于本方案采用同轴反射的方式，即由入射口射入的光束的入射方向位于三个凹面镜球心所在平面内，由几何光学原理可知，各次反射的光线都位于同一平面内，该光束反射后在主凹面镜上形成的光斑示意图请参见图3。因此，这种结构的气体吸收室存在因空间利用率差而造成反射次数少，光程短的问题。

有鉴于此，亟待针对现有测汞仪的结构优化设计，以解决现有技术中怀特气体吸收室存在因空间利用率差而造成反射次数少，光程短的问题，从而提高测汞仪的吸光度，进而提高其检测的灵敏度，降低其最低检测极限。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提供一种长光程的气体吸收室，以解决现有技术中怀特气体吸收室因空间利用率低而造成反射次数少，光程短的问题，从而提高气体吸收室的吸光度，进而提高其检测的灵敏度，降低其最低检测极限。

本发明提供的气体吸收室，包括：

箱体，开设有入射口、出射口、进气口和排气口；

光学系统，具体包括三个曲率半径相同的凹面镜，主凹面镜固定于所述箱体内，两个次凹面镜固定于所述箱体内与所述主凹面镜相对侧，且两个所述次凹面镜的球面分别与所述主凹面镜的球面相向；并配置成：两个所述次凹面镜的球心位于所述主凹面镜的球面上，且相对于所述主凹面镜的主轴左右对称；

所述入射口和所述出射口，设置于所述箱体上靠近所述主凹面镜的一侧，且两者相对于所述主凹面镜的主轴左右对称布置；

所述进气口和所述排气口，设置于箱体上三个所述凹面镜的球心所在平面内；所述主凹面镜的主轴与所述入射口和所述出射口所在平面平行。

优选地，所述主凹面镜的两端相对于其主轴左右对称设有两个开口，所述入射口和所述出射口分别与两个所述开口相对设置。

优选地，三个所述凹面镜的镜面均设置有窄带介质膜。

优选地，所述进气口和所述排气口左右对称设置于所述箱体上，且所述进气口靠近所述主凹面镜，所述排气口靠近一个所述次凹面镜。

本发明还提供一种气体浓度检测仪，包括：

气体吸收室，用于存放被测气体物质；

单波长光源，置于所述入射口；