[发明专利]复杂环境中弱吸收气体的检测装置及方法

说明书

本发明提供了一种复杂环境中弱吸收气体的检测装置，所述检测装置包括：第一光源发出的第一测量光的波长覆盖弱吸收气体的吸收谱线；第二光源发出的第二测量光的波长覆盖复杂环境中强干扰气体的吸收谱线；在第一测量光的弱吸收气体的吸收区域内，强干扰气体的吸收大于弱吸收气体的吸收的10倍；第一探测器用于将穿过复杂环境的第一测量光转换为第一电信号，并传送到分析模块；第二探测器用于将穿过复杂环境的第二测量光转换为第二电信号，并传送到所述分析模块；分析模块根据吸收光谱技术处理接收到的第二电信号，从而获得强干扰气体的含量，并根据差分吸收光谱技术、强干扰气体的含量获知弱吸收气体的类别及含量。本发明具有精度高、结构简单、低成本等优点。

技术领域

本发明涉及光电分析，特别涉及复杂环境中弱吸收气体的检测装置及方法。

背景技术

苯系物通常是指苯、甲苯、乙苯、二甲苯以及其他取代苯化合物，为无色具有特殊芳香气味的液体，是有机化工、农药、医药、家庭装修的油漆与涂料等领域中广泛使用的重要溶剂，由于其高挥发性，这些苯系物在常温下以蒸气的形式存在于大气中；另，机动车尾气、吸烟以及各种燃烧过程中也会释放大量的苯系物气体，他们极易通过呼吸系统或皮肤被人体吸收，危害人体神经系统，甚至致癌、致畸、致突变。因此对空气中的苯系物的检测和研究受到了广泛重视，各个国家和地区都制定了相应允许的排放标准。目前，气体中苯系物的检测方法主要有：

1.气相色谱法，该检测方法是中国国家标准《居住区大气中苯、甲苯和二甲苯卫生检验标准方法》规定的标准方法。如专利CN104597158A、CN103675134A中所述，该方法基本原理为：通过吸附富集、解吸，再送入色谱-质谱联用仪分析。CN101923076A、CN104597182A也公开了使用气相色谱分析苯系物的方法。该方法具有仪器复杂、成本高等不足。

2.传感器法，如专利CN101713763A公开的，以对苯系物特异敏感的离子液体作为传感感应元件或谐振器感应区的敏感涂层材料，利用被测物质在感应区域表面可逆地物理选择性吸附/解吸附作用，通过测定作用过程中传感器输出频率信号的变化来实现对测定对象的连续、实时检测。专利CN203720165U、CN202903774U也公开了类似的传感器型苯系物检测仪。该方法具有难加工、成本高等不足。

3.电离法，如图1所示，专利CN2438123Y公开了一种苯系物快速检测仪，由进样源、真空腔和置于真空腔内的电离区以及离子探测器组成，电离区由三块极板按不同距离平行排列，电极1和电极2分别加有直流高压，电极3为零电位，形成了电极1和电极2之间为电离区，电极2和电极3之间为加速区，电极3后面为无场区。当样气进入电离区被紫外激光电离后，选择出在电场作用下获得相同能量的苯系物离子，由于他们的质量不同，先后到达离子探测器6的时间也不同，经瞬态记录仪7分检出被同时电离的苯、甲苯、二甲苯等物质。该方法具有仪器复杂、成本高等不足。

DOAS技术(differential optical absorption spectroscopy差分吸收光谱)的基本原理为：通过光在气体中传播时各种弱吸收污染气体成分在紫外和可见光波段的吸收光谱特征来反演其种类和浓度，从而实现对多种污染气体的连续实时在线监测。由于DOAS技术具有多种气体同时检测等优点，在烟气排放连续监测系统中得到了广泛的应用。

大气的成分很复杂，特别是近年来国内汽车和工业领域排放大量的苯系物、挥发性有机物VOCs。以在大气中弱吸收苯系物的检测为例，其特征吸收多在250-290nm范围内，但将DOAS技术用于大气中的苯、甲苯、二甲苯等苯系物的测量时，会发现反演结果与实际偏差很大，且原因不明。

发明内容

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种精度高、结构简单、低成本的复杂环境中弱吸收气体的检测装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种复杂环境中弱吸收气体的检测装置，所述检测装置包括：