本發(fā)明具體涉及環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及基于激光誘導(dǎo)熒光的多通道氮氧化物在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

氮氧化物在灰霾的形成以及光化學(xué)煙霧的形成中都起著重要的作用。NO₂與VOCs在大氣光照的條件下可以形成臭氧，同時(shí)NO₂還可以與大氣中的某些VOCs形成過(guò)氧乙酰硝酸酯(PANs)、有機(jī)硝酸酯(ANs)等，這些二次產(chǎn)物均是光化學(xué)煙霧的主要組成部分。與此同時(shí)，NO₂還會(huì)與大氣中的OH-自由基反應(yīng)，形成硝酸氣，硝酸氣可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽顆粒；同時(shí)NO₂也會(huì)與某些VOCs形成二次有機(jī)氣溶膠，他們都是PM_2.5的重要組成部分。氮氧化物作為城市大氣主要污染物之一，其參與的化學(xué)反應(yīng)直接或間接影響大氣化學(xué)循環(huán)、顆粒物酸度及大氣氧化能力。

而由于氮氧化物濃度水平跨大(從遙遠(yuǎn)背景地區(qū)10ppm到城市背景地區(qū)1ppm)、大氣壽命短暫、隨時(shí)間變化較快，且測(cè)量時(shí)容易受到其他氮氧化物的干擾，增加了氮氧化物的測(cè)量難度。因此，高時(shí)間分辨率、靈敏度、高準(zhǔn)確度的氮氧化物測(cè)量技術(shù)成為國(guó)內(nèi)和際上廣泛研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光誘導(dǎo)熒光的多通道氮氧化物在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中使用具有高靈敏度的激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)，提高了氮氧化物在線監(jiān)測(cè)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：

基于激光誘導(dǎo)熒光的多通道氮氧化物在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：

自動(dòng)進(jìn)樣控制單元，用于輸送待監(jiān)測(cè)氣體，如零空氣、NO₂標(biāo)氣或空氣樣本等，可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中采樣泵、質(zhì)量流量計(jì)或流量傳感器等常用設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)待監(jiān)測(cè)氣體的精確流量控制；

熱分解激光誘導(dǎo)熒光儀，接收所述自動(dòng)進(jìn)樣控制單元輸送來(lái)的待監(jiān)測(cè)氣體并采集待監(jiān)測(cè)氣體的數(shù)據(jù)(可以分別采集零空氣、NO₂標(biāo)氣和空氣樣本的數(shù)據(jù))，包括至少四個(gè)分別與所述自動(dòng)進(jìn)樣控制單元相連通的氣體通道，其中至少三個(gè)所述氣體通道內(nèi)分別設(shè)置有熱分解室，所述熱分解室分別通過(guò)控制加熱溫度分解待監(jiān)測(cè)氣體中的過(guò)氧乙?；跛狨ァ⒂袡C(jī)硝酸酯和硝酸氣生成NO₂；每個(gè)所述氣體通道分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有檢測(cè)NO₂的激光誘導(dǎo)熒光監(jiān)測(cè)單元；

其中，所述激光誘導(dǎo)熒光監(jiān)測(cè)單元包括激光器、檢測(cè)光路、光電探測(cè)器和熒光信號(hào)處理模塊。

作為優(yōu)選，所述熱分解室加熱分解過(guò)氧乙?；跛狨?PANs)、有機(jī)硝酸酯(ANs)和硝酸氣(HNO₃)的溫度分別控制在150-250℃、350-450℃和550℃以上(如550-650℃)。

作為優(yōu)選，所述激光器采用激發(fā)光波長(zhǎng)為532nm的皮秒Nd:YAG脈沖激光器，其脈寬約為20ns，重復(fù)頻率約為15kHz，熒光檢測(cè)的靈敏度與激發(fā)強(qiáng)、NO₂的吸收截面、熒光量子效率以及NO₂濃度相關(guān)。

作為優(yōu)選，所述光電探測(cè)器采用光電倍增管(PMT)，其光敏面大、暗電流小、高增益、動(dòng)態(tài)范圍寬。

作為優(yōu)選，所述熒光信號(hào)處理模塊采用美國(guó)NI公司開發(fā)的LabVIEW軟件及其硬件產(chǎn)品，具有高效的信號(hào)采集、分析、處理和控制特性,正開始應(yīng)用于熒光檢測(cè)系統(tǒng)中。熒光信號(hào)處理模塊對(duì)熒光信號(hào)采集、分析、顯示和處理,還可以根據(jù)信號(hào)控制LIF系統(tǒng)中激光器、檢測(cè)光路和光電探測(cè)器等模塊,實(shí)現(xiàn)在線分析、處理和信號(hào)優(yōu)化。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明系統(tǒng)采用熱分解激光誘導(dǎo)熒光儀，通過(guò)檢測(cè)不同的氮氧化物組分(NOy)在不同的溫度下分解生成的NO₂，而NO₂可以被激光誘導(dǎo)熒光光譜在波長(zhǎng)532nm下直接被檢測(cè)到，從而實(shí)現(xiàn)大氣中氮氧化物在線監(jiān)測(cè)，具有高靈敏度、快速時(shí)間響應(yīng)、干擾小的優(yōu)點(diǎn)；

(2)本發(fā)明系統(tǒng)采用自動(dòng)進(jìn)樣控制單元精確控制氣體流量，使得監(jiān)測(cè)穩(wěn)定和精確；

(3)本發(fā)明系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)空間多通道同步檢測(cè)大氣中的氮氧化物，包括NO₂、過(guò)氧乙酰硝酸酯(PANs)、有機(jī)硝酸酯(ANs)和硝酸氣(HNO₃)的濃度。

附圖說(shuō)明

以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說(shuō)明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中：

圖1本發(fā)明實(shí)施例檢測(cè)大氣中含氮化合物濃度的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖；

圖2本發(fā)明實(shí)施例中熱分解激光誘導(dǎo)熒光儀的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖中：1-氣體通道；2-激光誘導(dǎo)熒光監(jiān)測(cè)單元。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。在下面的詳細(xì)描述中，只通過(guò)說(shuō)明的方式描述了本發(fā)明的某些示范性實(shí)施例。毋庸置疑，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說(shuō)明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

如圖1和圖2所示，基于激光誘導(dǎo)熒光的多通道氮氧化物在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：

自動(dòng)進(jìn)樣控制單元，通過(guò)采樣泵、流量傳感器向后續(xù)監(jiān)測(cè)單元輸送待監(jiān)測(cè)空氣(如零空氣、NO₂標(biāo)氣或空氣樣本)，流量傳感器通過(guò)氣體質(zhì)量流量計(jì)精確穩(wěn)定控制輸送氣體；

熱分解激光誘導(dǎo)熒光儀，接收所述自動(dòng)進(jìn)樣控制單元輸送來(lái)的待監(jiān)測(cè)空氣并采集待監(jiān)測(cè)氣體的數(shù)據(jù)(可以分別采集零空氣、NO₂標(biāo)氣和空氣樣本的數(shù)據(jù))，包括至少四個(gè)分別與所述自動(dòng)進(jìn)樣控制單元相連通的氣體通道1，本實(shí)施例中以四個(gè)氣體通道為例進(jìn)行介紹，其中三個(gè)所述氣體通道1內(nèi)分別設(shè)置有熱分解室，并在熱分解室分別通過(guò)控制加熱溫度200℃、400℃和650℃(也可以更高)分解待監(jiān)測(cè)空氣中的過(guò)氧乙?；跛狨?PANs)、有機(jī)硝酸酯(ANs)和硝酸氣(HNO₃)，使其生成NO₂；

每個(gè)所述氣體通道1分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有檢測(cè)NO₂的激光誘導(dǎo)熒光監(jiān)測(cè)單元2；所述激光誘導(dǎo)熒光監(jiān)測(cè)單元2包括激光器、檢測(cè)光路、光電探測(cè)器和熒光信號(hào)處理模塊；過(guò)氧乙酰硝酸酯(PANs)、有機(jī)硝酸酯(ANs)和硝酸氣(HNO₃)分解生成的NO₂以及空氣中含有的NO₂，分別進(jìn)入帶有光電探測(cè)器的PAN室、ANs室、HNO₃室、NO₂室，同時(shí)激光器激發(fā)光波，通過(guò)鏡子的反射作用分別經(jīng)過(guò)PAN室、ANs室、HNO₃室、NO₂室，產(chǎn)生的熒光被光電探測(cè)器探測(cè)到，并反饋到熒光信號(hào)處理模塊，根據(jù)信號(hào)控制LIF系統(tǒng)中激光器、檢測(cè)光路和光電探測(cè)器等模塊,實(shí)現(xiàn)在線分析、處理和信號(hào)優(yōu)化。

其中，所述激光器最好采用激發(fā)光波長(zhǎng)為532nm的皮秒Nd:YAG脈沖激光器，其脈寬約為20ns，重復(fù)頻率約為15kHz，熒光檢測(cè)的靈敏度與激發(fā)強(qiáng)、NO₂的吸收截面、熒光量子效率以及NO₂濃度相關(guān)。

所述光電探測(cè)器最好采用光電倍增管(PMT)，其光敏面大、暗電流小、高增益、動(dòng)態(tài)范圍寬。

所述熒光信號(hào)處理模塊可以采用美國(guó)NI公司開發(fā)的LabVIEW軟件及其硬件產(chǎn)品，具有高效的信號(hào)采集、分析、處理和控制特性,正開始應(yīng)用于熒光檢測(cè)系統(tǒng)中。熒光信號(hào)處理模塊對(duì)熒光信號(hào)采集、分析、顯示和處理,還可以根據(jù)信號(hào)控制LIF系統(tǒng)中激光器、檢測(cè)光路和光電探測(cè)器等模塊,實(shí)現(xiàn)在線分析、處理和信號(hào)優(yōu)化。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。