[发明专利]一种碳浓度光谱监测系统

说明书

本发明的一种碳浓度光谱监测系统，属于监测仪器技术领域，结构包括气体采样单元(1)、样品激发单元(2)、光谱测量单元(3)、数据处理单元(4)和网络通讯单元(5)；该系统可以定点监测气态样品中碳浓度，也可以车载移动监测气态样品中碳浓度。该系统无需复杂的样品预处理过程，测量速度快、测量精度高，可用于监测大气、烟气、废气和尾气中的碳浓度。

技术领域

本发明属于监测仪器技术领域，涉及一种碳浓度的原子发射光谱监测系统， 具体为一种直接进样，可以实时、连续、快速、在线、动态监测大气、烟气、废 气和尾气中碳元素浓度的系统。

背景技术

碳元素主要来源于二氧化碳、一氧化碳和甲烷气体等成分，这些含碳气体又 主要与大气、烟气、废气和尾气有关，这些气体中如果碳含量过高，就会产生温 室效应，严重危害生态环境和人类健康。因此，需要碳浓度监测技术与仪器，以 期获得准确的碳数据，进而实现碳核算、碳统计，提高碳排放监管能力，也为碳 交易提供准确的科学数据。

目前，碳浓度的测量有天基测量仪器和地基测量仪器。天基测量方面，中国 于2016年成功发射了碳卫星，填补了中国在天基高光谱温室气体测量的技术空 白，实现了中国二氧化碳监测从“看不见”到“看得见”的跨越，初步验证了中 国天基温室气体监测技术。碳卫星需要通过反演算法获取宏观尺度的碳浓度数 据，反演数据精度目前已经提升到1.5ppm。地基测量碳浓度的仪器系统，有大 范围空间测量的激光雷达系统，可以测量几公里范围内的碳浓度。但是，激光雷 达测量经常受到大气散射的干扰，影响测量精度。而小范围空间测量方法中，有 非分散红外吸收法、气相色谱法、差分激光吸收光谱法和声光吸收光谱法等，另 外还有二氧化碳气体传感器检测技术。基于这些方法的仪器技术，如气相色谱法， 只能在实验室使用，并且不能连续进行监测。差分激光吸收光谱技术需要几米长 的吸收池，有的场合应用受到限制。二氧化碳气体传感器则存在工作寿命短，不 适合长期连续测量的问题。

发明内容

为了克服上述现有碳浓度测量仪器技术存在的不足之处，本发明基于原子发 射光谱分析技术原理和微波耦合等离子体(Microwave Coupled Plasma，以下简 称MCP)激发源，提供一种无需复杂的样品预处理过程，可直接进样，实时、连 续、快速、在线、动态监测大气、烟气、废气和尾气中碳浓度的光谱测量系统。

本发明的技术方案如下：

一种碳浓度光谱监测系统，包括气体采样单元1、样品激发单元2、光谱测 量单元3、数据处理单元4和网络通讯单元5；

所述气体采样单元1包括导流罩11、采样管12、取样器13和除湿器14； 其中，所述导流罩11的入口口径大于出口口径，入口收集被测气态样品，出口 连接采样管12，所述导流罩11可以水平放置，也可以入口朝下放置，所述采样 管12一端连接导流罩11，另一端连接取样器13，采样管12的长度可以根据测 量对象的需求进行调整，实现远距离采样；所述取样器13经采样管12接收气态 样品，利用取样气将被测气态样品收集并导入除湿器14；所述除湿器14采用加 热和/或冷凝的方法，对输入的气态样品进行脱水处理，并将脱水后的样品直接 输送到样品激发单元2的样品入口21；

所述样品激发单元2包括样品入口21、工作气体入口22、微波入口23、微 波谐振腔24以及等离子体炬焰25；微波谐振腔24利用微波能量电离输入的工 作气体，获得微波耦合等离子体炬焰25，用于激发电离经样品入口21输入的样 品，并发出特定波长的光信号；