第36卷，第1期 2016年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.36,No.1.pp287-291 January，2016
基于光谱吸收法和荧光法的甲烷和二氧化硫检测系统的研究
王书涛，王志芳*，刘铭华，魏蒙，陈东营，王兴龙
燕山大学电气工程学院，河北省测试计量技术及仪器重点实验室，河北秦皇岛066004
摘要根据污染气体的光谱吸收特性与荧光特性，设计了一套时分复用检测系统，既可以使用光谱吸收法检测申烷和二氧化硫文可以使用荧光法检测二氧化硫。系统采用组合可切换光源、共用光路、气室及信号处理部分，首先进行光谱吸收和荧光的特性测量，然后进行光谱吸收法检测甲烷与二氧化硫浓度实验，以及紫外荧光法检测二氧化硫浓度实验。经过光谱吸收和荧光的特性测量得出吸收法测二氧化硫和甲烷的吸收峰处的激发波长分别为280nm和1.64um，荧光法测二氧化硫最佳激发波长为220nm。经光谱吸收法实验可得甲烷浓度与相对强度的线性关系和二氧化硫浓度与输出电压的线性关系，线性度分别为98.7%， 99.2%经荧光法实验可得二氧化硫浓度与电压成线性关系，线性度达到了99.5%。研究表明，该系统能使用于污染气体的光谱吸收检测和紫外荧光检测。将两种测量方式组合在一起，降低了成本与体积，同时此系
统也可用于其他气体的检测，有一定的应用价值。关键词紫外荧光；光谱吸收；SO2；CH
中图分类号：0433.1
文献标识码：A
引言
DOI : 10, 3964 /j. issn. 1000-0593(2016 )01-0287-05
用，具有不错的应用前景。
检测原理 1
近年来，随着我国经济的不断发展，环境污染日趋严
重。近年出现的酸雨，温室效应，雾霾天气等都是大自然对环境严重污染的抗议。环境的严重污染不仅对农作物生长造成了影响，同时也严重威胁人类的身体健康和生命安全。环境污染成为了迫切需要解决的问题。气体的污染在环境污染中占很大比例，因此对气体的检测也越来越重要。随者科技的发展，检测污染气体的方法也是多种多样。其中，光谱吸收法和荧光光谱法因其检测方便、快捷被广泛应用。例如常用吸收光谱法检测的甲烷、二氧化硫、一氧化碳、乙炔等，用荧光光谱法检测的二氧化硫、一氧化氮等。
现有的气体检测技术只针对单一气体、单一方法的检
测，如一套装置只能检测SO：或CH4，而且是只能用吸收法或荧光法。环境污染的目趋严重，需要对多种气体实现在线检测，这就需要可以对多种气体检测或用多种检测方法。针对这一可题，本文设计一套既可以应用光谱吸收法支可以用荧光法检测气体的系统。以甲烷和二氧化硫作为检测气体，分别进行光谱吸收检测实验与荧光检测实验，以验证所设计系统的可行性，将对污染气体在线检测事业起推动作
收稿日期：2014-09-17，修订日期：2014-12-08
1.1光谱吸收法检测原理
光谱吸收法是将一定波长的光通过待测气体，通过检测
透射光强的变化来检测气体浓度。每种气体都有不同的结构，因此都有自己特定的吸收波长。只有照射到该物质上的光波长与气体的吸收谱线相重叠时才会被吸收，吸收光强也会发生变化。
紫外光谱吸收法和红外光谱吸收法都是通过测量透射光的强度得出被测气体浓度。其理论依据都是郎伯-比尔定律(Lambert-Beer )。
Lambert-Beer定律：当一束强度为J的单色光通过充有样品气体的气室时，如果其波长处于样品气体的吸收带，则会被吸收，其透射光光强相比激发光光强会减弱，关系式如下
I= exp(dc)
(1)
其中，I为被气体吸收后透射光光强；1入射光光强；α为气体的吸收系数：L为气室长度：c为气体浓度
光谱吸收法检测光路通常包括单光路与双光路。单光路
基金项目：国家自然科学基金项目(61201110），河北省自然基金项目（F2012203189)资助作者简介：王书涛，1978年生，燕山大学电气工程学院教授
e-mail : wangshutad@ ysu. edu, cr
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