基于FTIR技术的立体化多平台监测体系平面玻璃

仪器设备频道讯：傅立叶变换红外光谱技术结合其多种形式的非接触测量方式，可以实现对气体的主被动测量，非常适合用于化工业园区的排放现场监测。FTIR技术用于气体精确定量分析存在两个主要问题，一是气体分子吸收截面受气压、温度影响明显，二是FTIR系统的分辨率一般远小于气体分子谱线的展宽，仪器线型受到干涉图采样，切趾和辐射入射立体角等因素影响。这些影响因素使得表观谱线产生难以忽略的偏移和展宽。上世纪80年代后期，随着科学技术的进步，环境监测技术迅速发展，仪器分析，计算机控制等现代化手段在大气环境监测中得到了广泛应用，各种自动连续监测系统相继问世。环境监测也从单一的环境分析发展到物理监测、流动监测、遥感和卫星监测，从间断性监测逐步过渡到自动连续监测。监测范围从一个点面而发展到一个城市、一个区域、整个国家乃至全球。目前，可用于环境气体定量分析的方法已有很多，新兴的方法仍在不断涌现，随着现代物理学和化学研究的进步，特别是表面物理学、光学和电子学的发展，各种大气环境技术的飞速进步，各种光谱学监测技术脱颖而出，其具有大范围、连续、实时监测的特点，成为大气环境监测的理想工具。光谱学技术监测环境大气是以电磁波与物质之间的相互作用这一物理现象为基础，对光谱的精确分析可以轻松满足监测技术的灵敏性和精确性要求。现阶段，光谱遥感监测技术的主要分支包括：差分吸收激光雷达技术（DIAL，Differential Absorption Lidar），差分吸收光谱技术（DOAS，Differential Optical Absorption Spectroscopy），可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS，Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy），傅立叶变换红外光谱技术（FTIR，Fourier Transform Infrared Spectroscopy）。其中，傅立叶变换红外光谱技术（FTIR）是近年来快速发展起来的一种综合性探测技术。由于大气中大多数的微量、痕量气体都是红外活性气体，在2~30μm波段范围内具有吸收和发射红外特征光谱的能力，这个波段称为中红外区或指纹区，对于光谱测量非常有利，因而FTIR在大气环境监测中应用前景非常广泛。世界上许多国家利用该种技术开展对大气环境及大气污染的观测及研究工作，尤其是对污染源排放气体进行实时监测；对区域性的温室气体和反应性痕量气体的本底、分布廓线、时空变化进行观测研究。FTIR的主要特性包括：用极短的扫描时间得到高质量的光谱，大通光量保证高灵敏度，具有很高的波数准确度，很宽的光谱范围，较高的和恒定的谱分辨能力。傅立叶变换红外(FTIR)遥测技术在探测和鉴定开放式环境中的气相污染物方面的应用日益增多。傅立叶变换红外检测技术按其光学配置，可以划分为主动和被动两种测量方式。自本世纪初以来，中国科学院安徽光学精密机械研究所在国内率先开展了基于FTIR技术的气体定量反演方法与监测技术研究，研发了具有独立自主知识产权的双臂扫摆式核心干涉仪模块，相继开发了可用于环境大气在线监测的多用途、多形式、多平台的FTIR监测系统。针对化工园区污染物排放种类多、污染物特征因子复杂等特点，FTIR技术可以集成如图1所示的立体化、多平台监测体系。固定污染源排放监测系统可以针对化工园区重点排放区域、关键排放点进行重点监测，图1中固定污染源系统分别对G1处烟气排放口和G2处重点储存区进行重点监测；无组织排放监测系统可以对整个化工园区的无组织排放污染物进行实时日常和预警性监测，图1中的A1-A2、B1-B2和C1-C2为三套开放光路FTIR在线监测系统的光路示意图，三套在线监测系统通过网络化构建可以监测整个化工园区的无组织排放情况；另外，化工园区的总体通量排放情况也是环保部门监管的重点，可以作为一个排放区域对外污染贡献的重要考核指标，图1中车载式掩日法排放通量测量系统可以绕整个化工园区走航监测，结合气象数据计算出整个化工园区的排放通量情况。傅立叶变换红外光谱技术结合其多种形式的非接触测量方式，可以实现对气体的主被动测量，非常适合用于化工业园区的排放现场监测。FTIR技术用于气体精确定量分析存在两个主要问题，一是气体分子吸收截面受气压、温度影响明显，二是FTIR系统的分辨率一般远小于气体分子谱线的展宽，仪器线型受到干涉图采样，切趾和辐射入射立体角等因素影响。这些影响因素使得表观谱线产生难以忽略的偏移和展宽。目前开发的基于数字合成校准的红外光谱气体定量分析方法较好的解决了这些问题，通过结合自主研发的红外光谱分析仪器，目前已经实现了无人值守、连续自动、在线和数据结果远程无线定向传输等功能，为我国当前在污染监测等方面的迫切需要提供了核心技术支持。