第32卷，第1期 2012年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
递推迭代的紫外光谱烟气有害成分在线监测
王会峰"，江绪前2
1.长安大学电子与控制工程学院，陕西西安710064
2.南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏南京210094
Vol. 32,No. 1,pp171-174
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摘要用紫外连续光谱对烟气排放有害成分的在线监测的关键和难题是：如何从连续的混合气体吸收光谱信号中分离并解算各气体的浓度，为此基于明伯-比尔定律我们提出了一种递推送代反演解算算法，该算法利用各气体在190～290nm波段的特征吸收峰，结合吸光度的二元叠加性，在某种气体的一个特征吸收点上假设其他气体没有吸收，推出该气体的初始浓度，然后切换到另外一个特征吸收点上，将该气体吸收光子数从测出的总吸收光子数中减去，得到另一气体的初始浓度，依此类推得到各气体的初始浓度；然后再回到第一种气体的特征吸收点上，从吸收的总光子数中减去其他各气体的吸收光子数，再次得到第一种气体的一次选代浓度，依此类推得到其他气体的一次选代浓度，重复选代直到相邻两次得到的浓度差小于某值为止，得到的各气体的浓度即为各气体的精确浓度。实验结果表明；该方法能够一次同时解算出多种有害
气体浓度且精度达士2%，算法简单满足实时性需求，抗干扰能力强，适合工程实际应用。关键调光谱吸收；连续分频；吸光度；特征吸收峰；浓度
中图分类号：0433；X831
引言
文献标识码：A
目前国内水泥厂、火电厂、工业密炉等固定污染源的烟气排放造成了大气的严重污染{-"，当前的监测手段主要是电化学和红外光谱气体分析仪[-9]，电化学气体分析仪如德国的Testo、英国的Land等，存在的问题是传感器寿命短、漂移大，最大的问题是它对烟气的主要有害成分SO：和NO 只能测出两者的差值，这两种成分同时存在就会互相干扰，红外光谱分析仪如奥地利Madur、德国MRU等，对NO频谱没有吸收峰，不能监测NOz，只能测出NO含量，通过推算得出NO：含量，国家环保监测部门对该方法是不认可的。由于烟气排放NO，是国家重点控制的有害气体[10]，同时由于红外光谱分析仪采用转轮滤光片方式，每次只能测一种气体，不能同时测量多种气体。
20世纪70年代末，德国Heidelberg大学环境物理研究所的Platt等[m)，提出了DOAS(差分吸收光谱技术)，它具有大范围、在线和多组分量同时测量等优点，被广泛应用于大气污染烟气排放浓度监测。DOAS以被测气体紫外和可见光波的差分吸收光谱为基础，通过差分吸收光谱的强度来反
演气体的浓度，传统的DOAS算法中，应用最小二乘法对气收稿日期：2011-04-29，修订日期：2011-07-20
DOI; 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2012)01-0171-04
体浓度进行最优估计(12-15)。方程解算较复杂，且易出现病态根的状况。因此本工作基于Lambert-Beer定律和吸收度的二元叠加性，提出了一种相互递推送代的多气体浓度解算算法，给出了其实现过程，并且设计了实验系统，验证了算法的有效性。
Lambert-Beer定律和吸收度的二元叠加性
Lambert-Beer定律 1.1
Lambert-Beer定律的数学模型[]表示为
A = Ig(1/T) = Kbc
(1)
式中，A为吸光度；T为透射比，是投射光强度比上人射光强度；c为吸光物质的浓度；6为吸收层厚度。其物理意义是：当一束平行单色光垂直通过某一均勾非散射的吸光物质
时，其吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。 1.2吸收度的二元叠加性
吸收度A的二元叠加性[16认为：若二元和多元混合物的各组分在某波数处都有吸收，则在该波数处的总吸光度等于各级分吸光度的算术和，但样品在该波数处的总透过率并
不等于各组分透过率的和。以三种混合气体为例，假设A1，
基金项目：国家自然科学基金项目(60872136，41101357)和长安大学基础研究支持计划基金项目(CHD2009JC047)资助
作者筒介：王会峰，1976年生，长安大学电子与控制工程学院讲师万方数据
e-mail; hfwang@chd, edu. cn; conquest8888@126, com