專利名稱：恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)大氣汞檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于檢測(cè)大氣中痕量汞濃度的恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)大氣汞檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)外的用于檢測(cè)汞的技術(shù)主要有兩種，a)、一種是金汞齊技術(shù)，即汞原子與金化合物容易形成合金，高溫下又分解釋放出汞原子。采用金捕汞管獲取汞樣品，在儀器中采用高溫加熱把金捕汞管內(nèi)捕獲的汞釋放出來(lái)，采用光譜吸收的方法檢測(cè)汞濃度。金汞齊技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的檢測(cè)，但需要經(jīng)常更換或者清洗金捕汞管，否則靈敏度下降，而且需要配氧氣或者惰性氣體作為載氣，因?yàn)樾枰鸸R，使用昂貴，且不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線檢測(cè)。b)、一種是利用同位素汞燈光源的縱向塞曼效應(yīng)技術(shù)，如圖I所示，同位素汞燈光源在磁場(chǎng)中沿磁場(chǎng)方向的光束為兩個(gè)圓偏振光，利用萊原子對(duì)一個(gè)圓偏光不吸收，而對(duì)另外一個(gè)圓偏光有很強(qiáng)的吸收來(lái)實(shí)現(xiàn)精確扣背景。采用同位素汞燈光源的縱向塞曼效應(yīng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)在線高精度檢測(cè)，但同位素汞難以獲取，制作同位素汞燈成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服金汞齊技術(shù)的不連續(xù)性檢測(cè)，且需要載氣和金汞齊，使用昂貴，而同位素汞燈光源的縱向塞曼效應(yīng)技術(shù)的光源要求使用同位素汞燈，同位素汞獲取難度大，同位素汞燈的制作成本高，本發(fā)明的目的是利用普通汞燈光源的恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)大氣汞濃度檢測(cè)時(shí)背景的精確扣除，實(shí)現(xiàn)大氣汞濃度含量的精確檢測(cè)。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)大氣汞檢測(cè)方法，包括有汞燈光源，其特征在于還包括有恒定磁場(chǎng)、偏振調(diào)制器、多次反射池、汞蒸氣校準(zhǔn)池、光電探測(cè)器、計(jì)算機(jī)，所述的汞燈光源置于恒定磁場(chǎng)中，萊燈光源沿垂直于磁場(chǎng)方向發(fā)射出偏振方向平行于磁場(chǎng)方向的31線偏振光和垂直于磁場(chǎng)方向的0 _、σ +線偏振光，萊燈光源發(fā)射出的線偏振光的光路上設(shè)有偏振調(diào)制器，偏振調(diào)制器將η線偏振光和σ_、σ +線偏振光分開，經(jīng)過(guò)調(diào)制后的π線偏振光和σ_、σ +線偏振光交替通過(guò)偏振調(diào)制器后從多次反射池的進(jìn)光口進(jìn)入多次反射池，多次反射池的出光口的前方光路上設(shè)有光電探測(cè)器，計(jì)算機(jī)與偏振調(diào)制器、光電探測(cè)器控制連接；具體檢測(cè)步驟如下I)通過(guò)汞蒸氣校準(zhǔn)池校準(zhǔn)系統(tǒng)①在多次反射池的進(jìn)光口處設(shè)有一個(gè)汞蒸氣校準(zhǔn)池，外界氣體通過(guò)汞過(guò)濾器，經(jīng)過(guò)去汞處理后的氣體通過(guò)多次反射池的進(jìn)氣孔進(jìn)入多次反射池，再通過(guò)多次反射池的出氣孔排出多次反射池；②恒定磁場(chǎng)中的汞燈光源發(fā)射出的π線偏振光和σ_、σ +線偏振通過(guò)偏振調(diào)制器，偏振調(diào)制器調(diào)制出射偏振光的偏振方向，調(diào)制后的η線偏振光和σ_、0 +線偏振光連續(xù)交替通過(guò)偏振調(diào)制器后進(jìn)入多次反射池，在多次反射池內(nèi)，π線偏振光和σ_、σ+線偏振光先穿過(guò)飽和汞蒸氣校準(zhǔn)池，再在多次反射池內(nèi)經(jīng)過(guò)多次反射后從多次反射池的出光口出射，出射的η線偏振光和σ_、ο +線偏振光被光電探測(cè)器接收，計(jì)算機(jī)分析光電探測(cè)器接收到的η線偏振光和σ_、σ +線偏振光的信號(hào)后記錄，得到系統(tǒng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；2)檢測(cè)大氣中的汞含量
①外界氣體直接通過(guò)多次反射池的進(jìn)氣孔進(jìn)入多次反射池，再通過(guò)多次反射池的出氣孔排出多次反射池；②恒定磁場(chǎng)中的汞燈光源發(fā)射出的π線偏振光和σ_、σ +線偏振通過(guò)偏振調(diào)制器，偏振調(diào)制器調(diào)制出射偏振光的偏振方向，調(diào)制后的η線偏振光和σ_、0+線偏振光連續(xù)交替通過(guò)偏振調(diào)制器后進(jìn)入多次反射池，在多次反射池內(nèi)經(jīng)過(guò)多次反射后從多次反射池的出光口出射，出射的η線偏振光和σ_、σ+線偏振光被光電探測(cè)器接收，計(jì)算機(jī)分析光電探測(cè)器接收到的η線偏振光和σ_、σ +線偏振光的信號(hào)后記錄，得到大氣中的測(cè)量數(shù)據(jù)；3)根據(jù)系統(tǒng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，與大氣中的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出大氣中的汞濃度。所述的恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)大氣汞檢測(cè)方法，其特征在于所述的偏振調(diào)制器每次調(diào)制只允許一個(gè)偏振方向的線偏振光通過(guò)。所述的恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)大氣汞檢測(cè)方法，其特征在于所述的恒定磁場(chǎng)是由永久磁鐵產(chǎn)生的，汞燈光源放置于永久磁鐵中。所述的恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)大氣汞檢測(cè)方法，其特征在于所述的汞燈光源為銳線光源，銳線光源是無(wú)極放電燈或者燈兩端成橢球形、中間圓管，橢球徑向直徑7-9mm，中間圓管內(nèi)管直徑1-1. 5mm,外管直徑2. 5_3mm。所述的恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)大氣汞檢測(cè)方法，其特征在于所述的光電探測(cè)器獲取的η線偏振光和σ_、σ +線偏振光的強(qiáng)度信號(hào)按朗伯-比爾定律進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。所述的恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)大氣汞檢測(cè)方法，其特征在于汞蒸氣校準(zhǔn)池是在密封的樣品池內(nèi)充有已知量的汞蒸氣。本發(fā)明的工作原理是本發(fā)明基于汞燈光源在磁場(chǎng)中的橫向塞曼效應(yīng)，沿垂直磁場(chǎng)方向發(fā)射的光譜發(fā)生分裂，產(chǎn)生偏振方向平行于磁場(chǎng)方向的31線偏振光和垂直于磁場(chǎng)方向的σ_、0 +線偏振光。汞原子對(duì)π線偏振光的吸收強(qiáng)而對(duì)σ_、σ +線偏振光不吸收或吸收很小，對(duì)比分析光電探測(cè)器獲取到的偏振光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高精度扣背景檢測(cè)大氣中汞濃度的含量。偏振調(diào)制器實(shí)現(xiàn)對(duì)線偏振光的連續(xù)調(diào)制，使η線偏振光和σ_、0+線偏振光交替的通過(guò)偏振調(diào)制器，進(jìn)入多次反射池。將利用已知汞含量的飽和汞蒸氣樣品池測(cè)得的系統(tǒng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與大氣直接測(cè)得的大氣汞含量的數(shù)據(jù)對(duì)比，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算出大氣中的汞含量。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果在于I、本發(fā)明基于在恒定磁場(chǎng)中的發(fā)射光譜發(fā)生分裂，汞原子對(duì)π線偏振光的吸收強(qiáng)而對(duì)σ_、σ +線偏振光不吸收或吸收很小，對(duì)比分析光電探測(cè)器獲取到的偏振光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高精度扣背景檢測(cè)大氣中汞濃度的含量。2、本發(fā)明采用多次反射池技術(shù)，增加汞原子對(duì)π線偏振光的吸收光程，從而增加測(cè)量靈敏度。3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、成本低。


圖I為同位素汞燈光源的縱向塞曼效應(yīng)技術(shù)。圖2為本發(fā)明橫向塞曼效應(yīng)扣背景原理圖。圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)校準(zhǔn)圖。
圖4為本發(fā)明的系統(tǒng)汞檢測(cè)圖。
具體實(shí)施例方式如圖2-4所示,恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)大氣汞檢測(cè)方法,包括有汞燈光源I、恒定磁場(chǎng)2、偏振調(diào)制器3、多次反射池4、汞蒸氣校準(zhǔn)池7、光電探測(cè)器5、計(jì)算機(jī)6，汞燈光源I 置于恒定磁場(chǎng)2中,萊燈光源I沿垂直于磁場(chǎng)方向發(fā)射出偏振方向平行于磁場(chǎng)方向的π線偏振光和垂直于磁場(chǎng)方向的σ _、σ +線偏振光,萊燈光源I發(fā)射出的線偏振光的光路上設(shè)有偏振調(diào)制器3，偏振調(diào)制器3將π線偏振光和σ_、σ +線偏振光分開，經(jīng)過(guò)調(diào)制后的π線偏振光和σ _、σ +線偏振光交替通過(guò)偏振調(diào)制器3后從多次反射池4的進(jìn)光口進(jìn)入多次反射池，多次反射池的出光口的前方光路上設(shè)有光電探測(cè)器5,計(jì)算機(jī)6與偏振調(diào)制器3、光電探測(cè)器5控制連接；具體檢測(cè)步驟如下I)通過(guò)汞蒸氣校準(zhǔn)池校準(zhǔn)系統(tǒng)①在多次反射池4的進(jìn)光口處設(shè)有一個(gè)汞蒸氣校準(zhǔn)池7，外界氣體通過(guò)汞過(guò)濾器， 經(jīng)過(guò)去汞處理后的氣體通過(guò)多次反射池4的進(jìn)氣孔進(jìn)入多次反射池4，再通過(guò)多次反射池4 的出氣孔排出多次反射池4;②恒定磁場(chǎng)2中的汞燈光源發(fā)射出的π線偏振光和。_、σ +線偏振通過(guò)偏振調(diào)制器3，偏振調(diào)制器3調(diào)制出射偏振光的偏振方向，調(diào)制后的π線偏振光和σ_、σ +線偏振光連續(xù)交替通過(guò)偏振調(diào)制器3后進(jìn)入多次反射池4，在多次反射池4內(nèi)，π線偏振光和0_、 σ +線偏振光先穿過(guò)汞蒸氣校準(zhǔn)池7，再在多次反射池4內(nèi)經(jīng)過(guò)多次反射后從多次反射池4 的出光口出射，出射的31線偏振光和σ _、σ +線偏振光被光電探測(cè)器5接收,計(jì)算機(jī)6分析光電探測(cè)器5接收到的π線偏振光和0_、σ +線偏振光的信號(hào)后記錄，得到系統(tǒng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；2)檢測(cè)大氣中的汞含量①外界氣體直接通過(guò)多次反射池4的進(jìn)氣孔進(jìn)入多次反射池4，再通過(guò)多次反射池4的出氣孔排出多次反射池4 ；②恒定磁場(chǎng)2中的汞燈光源I發(fā)射出的π線偏振光和σ _、σ +線偏振通過(guò)偏振調(diào)制器3，偏振調(diào)制器3調(diào)制出射偏振光的偏振方向，調(diào)制后的π線偏振光和σ_、σ +線偏振光連續(xù)交替通過(guò)偏振調(diào)制器3后進(jìn)入多次反射池，在多次反射池4內(nèi)經(jīng)過(guò)多次反射后從多次反射池4的出光口出射，出射的Ji線偏振光和σ _、σ +線偏振光被光電探測(cè)器5接收，計(jì)算機(jī)6分析光電探測(cè)器5接收到的π線偏振光和0_、σ +線偏振光的信號(hào)后記錄，得到大氣中的測(cè)量數(shù)據(jù)；3)根據(jù)系統(tǒng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，與大氣中的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出大氣中的汞濃度。偏振調(diào)制器3每次調(diào)制只允許一個(gè)偏振方向的線偏振光通過(guò)。恒定磁場(chǎng)2是由永久磁鐵產(chǎn)生的,萊燈光源I放置于永久磁鐵中。
汞燈光源I為銳線光源，銳線光源是無(wú)極放電燈或者燈兩端成橢球形、中間圓管， 橢球徑向直徑7_9mm,中間圓管內(nèi)管直徑1-1. 5mm,外管直徑2. 5_3mm。
光電探測(cè)器5獲取的π線偏振光和σ _、σ +線偏振光的強(qiáng)度信號(hào)按朗伯-比爾定律進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。汞蒸氣校準(zhǔn)池7是在密封的樣品池內(nèi)充有已知量的汞蒸氣。
權(quán)利要求
1.一種恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)大氣萊檢測(cè)方法,包括有萊燈光源,其特征在于還包括有恒定磁場(chǎng)、偏振調(diào)制器、多次反射池、汞蒸氣校準(zhǔn)池、光電探測(cè)器、計(jì)算機(jī)，所述的汞燈光源置于恒定磁場(chǎng)中，萊燈光源沿垂直于磁場(chǎng)方向發(fā)射出偏振方向平行于磁場(chǎng)方向的31線偏振光和垂直于磁場(chǎng)方向的σ _、O +線偏振光，萊燈光源發(fā)射出的線偏振光的光路上設(shè)有偏振調(diào)制器，偏振調(diào)制器將η線偏振光和σ_、σ +線偏振光分開，經(jīng)過(guò)調(diào)制后的π線偏振光和σ_、σ +線偏振光交替通過(guò)偏振調(diào)制器后從多次反射池的進(jìn)光口進(jìn)入多次反射池，多次反射池的出光口的前方光路上設(shè)有光電探測(cè)器，計(jì)算機(jī)與偏振調(diào)制器、光電探測(cè)器控制連接； 具體檢測(cè)步驟如下 .1)通過(guò)汞蒸氣校準(zhǔn)池校準(zhǔn)系統(tǒng) ①在多次反射池的進(jìn)光口處設(shè)有一個(gè)汞蒸氣校準(zhǔn)池，外界氣體通過(guò)汞過(guò)濾器，經(jīng)過(guò)去汞處理后的氣體通過(guò)多次反射池的進(jìn)氣孔進(jìn)入多次反射池，再通過(guò)多次反射池的出氣孔排出多次反射池； ②恒定磁場(chǎng)中的汞燈光源發(fā)射出的η線偏振光和σ_、σ+線偏振通過(guò)偏振調(diào)制器，偏振調(diào)制器調(diào)制出射偏振光的偏振方向，調(diào)制后的η線偏振光和σ_、σ +線偏振光連續(xù)交替通過(guò)偏振調(diào)制器后進(jìn)入多次反射池，在多次反射池內(nèi)，η線偏振光和σ_、σ+線偏振光先穿過(guò)汞蒸氣校準(zhǔn)池，再在多次反射池內(nèi)經(jīng)過(guò)多次反射后從多次反射池的出光口出射，出射的η線偏振光和σ_、σ +線偏振光被光電探測(cè)器接收，計(jì)算機(jī)分析光電探測(cè)器接收到的π線偏振光和σ_、0 +線偏振光的信號(hào)后記錄，得到系統(tǒng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)； .2)檢測(cè)大氣中的汞含量 ①外界氣體直接通過(guò)多次反射池的進(jìn)氣孔進(jìn)入多次反射池，再通過(guò)多次反射池的出氣孔排出多次反射池； ②恒定磁場(chǎng)中的汞燈光源發(fā)射出的η線偏振光和σ_、σ+線偏振通過(guò)偏振調(diào)制器，偏振調(diào)制器調(diào)制出射偏振光的偏振方向，調(diào)制后的η線偏振光和σ_、σ +線偏振光連續(xù)交替通過(guò)偏振調(diào)制器后進(jìn)入多次反射池，在多次反射池內(nèi)經(jīng)過(guò)多次反射后從多次反射池的出光口出射，出射的η線偏振光和σ_、σ +線偏振光被光電探測(cè)器接收，計(jì)算機(jī)分析光電探測(cè)器接收到的η線偏振光和σ_、σ +線偏振光的信號(hào)后記錄，得到大氣中的測(cè)量數(shù)據(jù)； .3)根據(jù)系統(tǒng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，與大氣中的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出大氣中的汞濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)大氣汞檢測(cè)方法，其特征在于所述的偏振調(diào)制器每次調(diào)制只允許一個(gè)偏振方向的線偏振光通過(guò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)大氣汞檢測(cè)方法，其特征在于所述的恒定磁場(chǎng)是由永久磁鐵產(chǎn)生的，萊燈光源放置于永久磁鐵中。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)大氣汞檢測(cè)方法，其特征在于所述的汞燈光源為銳線光源，銳線光源是無(wú)極放電燈或者燈兩端成橢球形、中間圓管，橢球徑向直徑7_9mm,中間圓管內(nèi)管直徑1-1. 5mm,外管直徑2. 5_3mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)大氣汞檢測(cè)方法，其特征在于所述的光電探測(cè)器獲取的η線偏振光和σ_、0+線偏振光的強(qiáng)度信號(hào)按朗伯-比爾定律進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)大氣汞檢測(cè)方法，其特征在于所述的汞蒸氣校準(zhǔn)池是在密封的樣品池內(nèi)充有已知量的汞蒸氣
全文摘要
本發(fā)明公開了一種恒定磁場(chǎng)橫向塞曼效應(yīng)大氣汞檢測(cè)方法，基于汞燈光源在磁場(chǎng)中的橫向塞曼效應(yīng)，沿垂直磁場(chǎng)方向發(fā)射的光譜發(fā)生分裂，產(chǎn)生偏振方向平行于磁場(chǎng)方向的π線偏振光和垂直于磁場(chǎng)方向的σ-、σ+線偏振光；汞原子對(duì)π線偏振光的吸收強(qiáng)而對(duì)σ-、σ+線偏振光不吸收或吸收很小，對(duì)比分析光電探測(cè)器獲取到的偏振光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高精度扣背景檢測(cè)大氣中汞濃度的含量；再將利用已知汞含量的汞蒸氣校準(zhǔn)池測(cè)得的系統(tǒng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與大氣直接測(cè)得的大氣汞含量的數(shù)據(jù)對(duì)比，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算出大氣中的汞含量。本發(fā)明采用多次反射池技術(shù)，增加汞原子對(duì)π線偏振光的吸收光程，從而增加測(cè)量靈敏度；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、成本低。
文檔編號(hào)G01N21/31GK102621082SQ201210057419
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者劉宇, 劉文清, 司福祺, 李傳新, 胡仁志 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所