第32卷，第4期 2012年4
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.32,No.4,pp902-905
April,2012
基于THz光谱技术的1,3-二硝基苯挥发气体检测方法研究
赵辉1-2，王高1.2，马铁华1.2
1.中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051 2.中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西太原030051
摘要针对工业生产过程中1，3-二硝基苯挥发气体突发性泄露等情况的发生，设计了一种基于太赫兹(THz)特征光谱吸收技术的检测方法，该方法可通过1，3-二硝基苯在THz波段的特征波长对痕量剧毒有害气体进行检测。系统设计了双气室结构，为THz波提供差分数据，一组为标准空气，另一组为待测样气。由 1,3-二硝基苯在THz波段的四个主吸收带0.635，0.912，1.095和1.435THz可根据对应吸收带吸收系数的比例关系得到对应波长上的吸收幅值，最终反演气体浓度。经过对两种传统检测方法的实验分析和对 THz吸收检测方法的仿真研究可知，色谱法检测速度无法实现实时检测，红外吸收法对环境混度要求很高，
需经干燥处理，面THz吸收法对环境湿度要求较低，且具备实时性，更适合于实际应用。关键词THz光谱检测；剧毒挥发气体；1,3-二硝基苯
中图分类号：O433
引言
文献标识码：A
DOI; 10. 3964/j. issn. 10000593(2012)040902-04
太赫兹(THz)检测技术[-13)是介于红外与微波之间(0.1 ～10THz)的波段，由于该波段多种有机物质存在多个吸收
1，3-二硝基苯为无色易燃，有挥发性，剧毒固体。常用于有机合成，染料、农药和医药等方面，还可用于制造炸药"。由于其广泛的应用，常常需要储存，如果发生泄露其后果不设想，故研发微量泄露检测系统是必要的。与此同时，该物质可用于炸药的制作，因此在防暴反恐等领城同样也需要此类设施。
目前，常用的痕量检测技术包括：化学反应分析、气相色谱、红外特征吸收、X射线安检、等离子检测技术等[2-}] 化学反应虽然可以精确地检测被测物的浓度信息，但由于反应常常是不可逆过程，所以系统会发生中毒的过反应现象。气相色谱技术S采用萃取的方法，分辨度高但探测周期长，实时响应能力差。等离子检测技术[是通过电离被测物，检测被测物电泳形成的弱电流分析其浓度的，有较高的探测精度，但技术复杂、成本高。特征光谱吸收技术[7)虽然可以克服探测器中毒、检测周期长、技术过于复杂等一系列缺点，但是由于激光光源和探测器的原因，此方法的精度无法太高，对痕量挥发的有毒气体灵敏度太低。X射线安检由于对人体存在一定辅射伤害，不适合公共场合应用。等离子检测技术的检测精度较高，但系统构成复杂，通常应用于实验室检测使用。
收稿日期：2011-05-09，修订日期：2011-08-28 基金项目：国家自然科学基金项目(60801017)资助作者简介：赵辉，1979年生，中北大学博土研究生
峰，同时水在此波段的吸收能力很差，很适合部分有机物质进行定性定量分析。本文设计了针对剧毒挥发性1，3-二硝基苯痕量气体进行检测的差分吸收检测系统，以实现危险痕量
气体的在线检测。 1系统设计 1.1基本原理
系统采用THz波段特征光谱吸收技术检测微量的1,3-二硝基苯挥发气体。根据比尔-朗伯定理，探测器接收的光强与被测气体的特征波长值、气体浓度、光程长度以及收系数成函数关系，由比尔-朗伯公式
I) = I()exp[L( ()e)
(1)
当探测单种气体时，取1时，可推得气室内被测气体的浓度可表达为
c
In / I(a)/I(a)
a()L
(2)
式中，入为1,3-二硝基苯的特征波长值，I。(a)为THz激光未通过待测气体时的初始光强度，I(入)为当THz激光照射穿过待测气体后检测到的光强度，α(>)为波长入处待测气体的吸收系数，L为有效光程。
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