长光程空气质量自动监测系统

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,DOAS,长光程空气质量自动监测系统,简介,铜陵蓝光电子科技,2012年6月28日,1,汇报内容：,1,、空气质量自动监测系统概述,2,、差分光学吸收光谱（,DOAS),气体监测仪简介,3,、可吸入颗粒物监测仪简介,4,、数据采集器简介,5,、空气质量自动监测系统安装要求,2,3,空气质量自动监测系统概述,环境空气质量监测分类,从监测手段上分为：手动、自动监测。,从监测技术上分为：点式监测仪器、开放光程监测仪器,环境空气质量手动监测,在监测点位用采样装置采集一定时段的空气环境空气样品，在实验室用分,析仪器分析、处理的过程。,环境空气质量自动监测,在监测点位采用连续自动监测仪器对环境空气质量进行连续的样品采集、,处理、分析的过程。,点式监测仪器,在固定点上通过采样系统将环境空气采入并测定空气污染物浓度的监测分,析仪器。,开放光程,DOAS,监测仪器,采用从发射端发射光束经开放空间环境（反射）到接收端的方法测定该光,束光程的平均空气污染物浓度的仪器。,4,空气质量自动监测系统概述,空气质量监测技术发展：,70,年代，以美国和法国为代表的国家发展了点式干法空气质,量在线监测技术，其采用的是气体化学或物理发光原理进行光强度,监测的技术。根据不同的污染气体利用不同的发光原理：,SO2,采用紫,外线荧光法、,NO2,采用化学发光法、,O3,紫外光度法、,CO,非分散红外吸,收法。一台仪器只能测量一种污染气体。,90,年代，国外开始研究空气中污染气体监测的长光程差分光学,吸收光谱（,DOAS),技术，其利用痕量污染气体成份对紫外及可见光,波段的光吸收特征来进行分析监测的技术。一台仪器可以测量多种,污染气体。,在国内，中科院安徽光学精密机械研究所在,2001,年申请将基于,DOAS,技术的“城市空气质量自动检测系统关键技术及集成设备研制”,列入国家“,863,计划”课题，在消化吸收国外技术基础上、结合自,身科学研究成果，于,2002,年研制成功第一代,DOAS,气体监测仪样机。,5,空气质量自动监测系统概述,点式紫外荧光法测,SO2,该法的原理是基于紫外灯发出的,紫外光（,190,230nm,）通过,214nm,的滤光片,激发,SO2,分子使其处于激,发态,在,SO2,分子从激发态衰减返回,基态时产生荧光,(240,420nm),荧,光强度由一个带着滤光片的光电倍,增管测得。,6,空气质量自动监测系统概述,点式化学发光法测,NO,、,NO2,、,NOx,该法的原理是基于,NO,与,O3,的化学发光反应生成激发态的,NO2,分子，在返回基态时放出与,NO,浓度成正比的光，用红敏光,电倍增管接收此光即可测得,NO,浓度，对于总氮氧化物的测,定，须先将样气中,NO2,转换成,NO,，再与,O3,反应后进行测定，,即得,NOX,浓度，两次测定值的差,值即为,NO2,的浓度。,7,空气质量自动监测系统概述,长光程,DOAS,气体监测技术简介：,1,、差分光学吸收光谱（,Differential Optical Absorption Spectroscopy,简称,DOAS,）气体监测技术是近年来发展的大气环境污染监测的一项高新技,术。它是以空气中的痕量污染气体成份对光程内紫外及可见光波段的特征吸,收光谱特性为基础，通过特征差分吸收光谱鉴别环境空气中污染物气体的类,型和浓度。,2,、由于每种气体都具有自己独特的吸收光谱，通过光谱分析仪和计算机可解,析出每种气体的特征吸收光谱，对每种气体的特征吸收光谱用计算机软件进,行数据反演处理分析，可实时得到所监测空气污染物的成分（如,NO2,、,SO2,、,O3,等）和浓度，从而实现了大气环境空气质量的完全非接触在线自动监测。,8,空气质量自动监测系统概述,DOAS,气体监测技术,:,DOAS,技术是主要利用空气中的痕量污染气体对紫外及可见光波段的吸收特征来进行定性定量分析的。也就是说每种污染物都有其特定的吸收光谱线，就像人的指纹一样。,O3,SO2,NO2,O3,SO2,NO2,分析,仪,角反射器,发射,/,接收器,9,空气质量自动监测系统概述,典型的气体吸收截面图,10,空气质量自动监测系统概述,系统组成,典型长光程,DOAS,空气质量连续自动监测系统由,DOAS,气体监测仪、可吸,入颗粒物（）监测仪、气象参数监测仪、数据采集器和中心,站数据管理子系统组成，系统组成方框图如图,1,所示。,数据通讯网络,中心站系统,数据采集器,DOAS,气体分析仪,（可扩展）其它监测仪器,气象参数监测仪,可吸入颗粒物监测仪,图,1,系统组成方框图,11,空气质量自动监测系统概述,系统组成结构示意图,12,差分光学吸收光谱（,DOAS),气体监测仪简介,环境光学监测技术,对于环境污染监测，光学和光谱遥感技术提供了许多有效的测量,手段，其中某些技术已应用于环境污染气体监测仪器。,1,、差分光学吸收光谱,(,DOAS),技术,：,广泛用在,UV/VIS,波段,，,监测常见污,染物,O3,、,NOx,、,SO2,和苯系物等，测量的种类限于对该波段有窄吸收光,谱线的气体成分，对于大气平流层中的易反应气体,NO3,和,HONO,的测量十,分有效。,2,、,TDLAS,技术：,如果测量一种或二种有毒气体，,TDLAS,技术有着非常高,的光谱分辨率、高灵敏度和时间响应，用二极管激光器可以降低成本。,可监测特殊污染气体,NH3,、,H2S,等。,3,、傅立叶光谱技术,(FTIR),：,特别适用测量和鉴别污染严重的空气成,分，有机物或酸类，对于干净环境中的痕量气体其灵敏度不够。监测,污染物为,CO,、,NH3,、,VOCs,等。,13,差分光学吸收光谱（,DOAS),气体监测仪简介,DOAS,监测技术特点：,多光谱技术实时监测,采用氙灯作为光源，紫外差分吸收光谱技术分析大气中,SO2,、,NO2,、,O3,和苯系物等浓度。克服了传统采样分析方法实时性差的缺点，实现了,完全非接触式自动监测。实时给出一个区域的污染气体分布。,高灵敏度和高分辨率,采用目前分析微量元素的最佳方法,光谱法，配合高分辨率紫外,差分吸收光谱技术，获得了测量的高灵敏度和高分辨率，指标可达到,ppb,量级。在所选用的工作光谱波段中水分和其他气体几乎没有吸收，,使系统具有良好的选择性，不受其它成分的干扰。,同时分析多种污染物，增加新的监测成份无需更换硬件。,应用差分吸收光谱技术，与传统的采样分析相比，通过改变光谱波,长，可以同时分析多种污染物。由于采用了光学差分吸收技术，可消除,颗粒物及光源辐射慢变化对测量结果的影响。如果系统需要增加新的有,机或无机监测成份，系统的硬件不需改变，只需增加相应的标准吸收谱,线、升级软件即可。,14,差分光学吸收光谱（,DOAS),气体监测仪简介,DOAS,气体监测仪特点：,代表性：,线采样，,平均污染状况，无须多点取样,非接触：,因而可以避免一些干扰源的影响,比如检测对象的化 学变化、采样器壁的吸附损失等，这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,比如,NO3,、,BrO,和,OH,等，在测量时不会影响被测气体分子的化学特性。,多组分：,一台设备可测量,SO2,、,NO2,、,O3,、苯系物、甲醛等。,维护量少：,8,到,10,个月更换一只氙灯；,6,到,12,个月用酒精将角反射镜及望远镜前窗镜表面擦洗一次；,运行费用低：,运行费用低，一年只需更换,1,只氙灯、,10,卷滤纸，约,1,万元左右。,15,差分光学吸收光谱（,DOAS),气体监测仪简介,DOAS,监测系统,点式监测系统,系统组成,单套,DOAS,光谱分析系统,一种污染成份需要一台测量仪器，由多套仪器构成，另外还需配备零气发生器、标气、配气系统,系统投资,国外系统约,60,70,万；国内系统,45,万左右，增加新的监测气体，无需硬件投入，增加分析软件功能既可。,国外系统约,80,100,万；国内系统约,50-60,万，增加新的监测气体，必需增加相应监测仪器。,监测成份,有机物、无机物多达,20,多种（,CO,除外）,目前只限于无机物,维护周期,大于,90,天,大约,30,天,运行消耗费用,10000,元,/,年（氙灯两只、,PM10,滤纸）,约,3,5,万元,/,年（灯、,PM10,滤纸、滤膜、活性炭、干燥剂、标气等）,系统操作,设备安装简单，操作方便,设备安装较复杂，操作不方便,两种监测方法的比较,16,差分光学吸收光谱（,DOAS),气体监测仪简介,两种光谱数据扫描方式：,DOAS-I,旋转式窄缝扫描光谱，探测器采用光电倍管。,DOAS-II,光谱扫描是采用,PDA,探测器。,DOAS-I,光谱扫描结构图,DOAS-,II,光谱扫描结构图,17,差分光学吸收光谱（,DOAS),气体监测仪简介,采用狭缝扫描方式的缺点：,在分析不同污染气体时，光栅要来回的运转，一方面导致长时间运转光栅位置会发生偏移，影响仪器测量的准确性。另一方面不能实现各种污染物实时监测。,扫描圆盘运转时，不能保证狭缝在同一焦平面内对光谱进行扫描。这种现象导致测量值的波动性较大。（在标气时表现尤为突出）,狭缝扫描方式，运动部件较多。运动部件多，驱动电路多，系统稳定性差。,采用,PDA,扫描的优点：,PDA,阵列探测器可一次获取,135nm,宽的光谱，可同时扫描,SO2,、,NO2,、,O3,等污染气体的吸收光谱区域，光栅不需要频繁运转，也就不存在光栅偏移的现象，测量的准确性提高，同时也做得了真正意义的实时监测。,PDA,位置调试固定后，也不需运动，测量值的波动性较小、稳定性好。（在标气时效果明显）,我公司最新研制的,TLG-2000,型空气质量自动监测系统即采用,PDA,光谱扫描方式。,18,汞灯校准波长方式,汞灯标定的目的是波长精确定位检查，检查光栅的位置，若光栅,位置发生偏离，则影响仪器测量的准确性。,目前汞灯标定采用的方式分为手动和自动两种方式，我公司产品采,用自动校准方式。,实现方式：是通过软件设置校准时间，每天可任意设置汞灯校准次,数，有效的保证了波长的精确定位，提高了测量的准确性。,通,过对,比,(1),储,存在分析,仪,內出,厂,的汞,灯,光,谱,(2),在,现场,使用汞,灯,生成的光,谱,以,检查,光柵的位置,是否偏移,19,差分光学吸收光谱（,DOAS),气体监测仪简介,标气定期校准,标准气体(钢瓶气)对,DOAS,系统进行单点精密度标定和多点准确度检查。而采用在监测光束中插入检查样品池，用等效的方法进行校准(见图)。,校,准平,台,校,准,池,光纤架,发射接收器,光,纤,排,气,口,Lc,2,Lc,1,光阑,测,量光路,距离,Lm,校,准,池,长,度,角反射器,分析仪,20,可吸入颗粒物,监测仪简介,可吸入颗粒物（）监测技术,PM10,的含义：,P,P,是英文微粒,particulate,的第一个字母；,M,是物质,matter,的第一个字母；,10(2.5),空气动力学直径小于,10(2.5)m,颗粒物。,1,、,射线法,利用,射线衰减量测试采样期间增加的颗粒物质量。环境空气由抽气泵吸入采样管，经过滤膜后排除，颗粒物沉积在采样滤膜上，当,射线通过沉积在颗粒物的滤膜时,射线能量衰减，通过对衰减量的测定计算出颗粒物的浓度。,2,、微量振荡天平法,(TEOM),在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管，在空心锥形管振荡端上安放可更换的滤膜，振荡频率取决于锥形管特性和它的质量。当采样气流流过滤膜，颗粒物沉积在采样滤膜上，滤膜质量变化导致振荡频率的变化，通过测量振荡频率的变化计算出滤膜上颗粒物的质量浓度。,21,可吸入