一種熒光反應(yīng)檢測(cè)器以及使用該反應(yīng)檢測(cè)器的二氧化硫自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熒光反應(yīng)檢測(cè)器以及使用該反應(yīng)檢測(cè)器的二氧化硫自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，它包括裝設(shè)在反應(yīng)室一端的氙燈光源，氙燈光源與反應(yīng)室間依次裝設(shè)有雙凸透鏡、濾光片、平凸透鏡和光闌，在反應(yīng)室上設(shè)置有光電倍增管，光電倍增管與反應(yīng)室間設(shè)置有雙凸透鏡。二氧化硫自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置包括機(jī)箱內(nèi)的熒光檢測(cè)器、除烴器、粒子過濾器、真空泵、傳感器、數(shù)據(jù)采集傳輸裝置，粒子過濾器出口經(jīng)三通閥后通經(jīng)除烴器的內(nèi)管接熒光檢測(cè)器的進(jìn)氣口，熒光檢測(cè)器出氣口依次經(jīng)傳感器和除烴器外管后接真空泵入口，粒子過濾器入口接采樣口，傳感器與數(shù)據(jù)采集傳輸裝置電連接。本發(fā)明能檢測(cè)微弱的SO2反應(yīng)的熒光信號(hào)，光源壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性好，能實(shí)現(xiàn)SO2氣體濃度值的準(zhǔn)確測(cè)量。
【專利說明】—種熒光反應(yīng)檢測(cè)器以及使用該反應(yīng)檢測(cè)器的二氧化硫自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)微弱熒光信號(hào)的檢測(cè)器以及使用該檢測(cè)器監(jiān)測(cè)空氣中二氧化硫氣體濃度的監(jiān)測(cè)裝置，屬于大氣監(jiān)測(cè)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，城市化水平不斷提高，環(huán)境空氣污染特征發(fā)生了顯著變化，區(qū)域性大氣污染問題日趨嚴(yán)重，灰霾、光化學(xué)煙霧和酸雨等復(fù)合型大氣污染問題較為突出，影響人體健康和生態(tài)安全，乃至社會(huì)經(jīng)濟(jì)的和諧發(fā)展。
[0003]302是環(huán)境空氣中的主要污染成分，是各級(jí)環(huán)境監(jiān)測(cè)站對(duì)城市空氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。在中國(guó)環(huán)保局規(guī)定的6種標(biāo)準(zhǔn)污染物中，S02已成為第一大污染物。它分布范圍廣，主要來源于煤、石油燃燒和含硫化合物等，其危害已很嚴(yán)重。
[0004]S02對(duì)人體健康的影響主要表現(xiàn)在呼吸系統(tǒng)疾病，嚴(yán)重者導(dǎo)致人和動(dòng)物的死亡率增加等；對(duì)植物的影響主要表現(xiàn)為對(duì)植物內(nèi)部生理活動(dòng)的抑制作用，影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育及葉面?zhèn)Φ确矫妗４送膺€對(duì)金屬材料造成腐蝕，使建筑材料出現(xiàn)瘢痕失去光澤。
[0005]因此，對(duì)于S02的監(jiān)測(cè)已成為空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的常規(guī)任務(wù)，目前市面上使用的S02自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器主要用于城市環(huán)境空氣質(zhì)量濃度的監(jiān)測(cè)，體型較大，運(yùn)行條件苛刻，靈敏度也較差，一般在10_6，難于應(yīng)用在背景、山區(qū)、極地等二氧化硫濃度很低的地區(qū)。
[0006]國(guó)外儀器廠商主要有美國(guó)THERMO-FISHER、美國(guó)AP1、澳大利亞EC0TECH、法國(guó)ESA等公司；國(guó)產(chǎn)儀器廠商有先河環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?、武漢天虹、中晟泰科等。大部分廠家的so2自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的工作原理是非脈沖的紫外熒光法，采用的紫外燈為鋅燈，其光強(qiáng)衰減快，壽命較短，儀器維護(hù)量大，價(jià)格高；美國(guó)THERMO-FISHER采用的原理為紫外脈沖熒光法，紫外燈采用脈沖氙燈，其光源壽命長(zhǎng)，但其光路部分需要采用4個(gè)反射鏡，光路復(fù)雜，且成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種熒光反應(yīng)檢測(cè)器，即采用脈沖式光電倍增管檢測(cè)微弱的S02反應(yīng)的熒光信號(hào)，減少熒光猝滅的反應(yīng)檢測(cè)器以及使用該反應(yīng)檢測(cè)器的二氧化硫自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置。
[0008]解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:
這種用于檢測(cè)微弱熒光信號(hào)的檢測(cè)器其特征在于它包括裝設(shè)在管狀反應(yīng)室一端的脈沖式氙燈光源，脈沖式氙燈光源與管狀反應(yīng)室間還依次裝設(shè)有與反應(yīng)室相通的雙凸透鏡、濾光片、平凸透鏡和光闌，在對(duì)應(yīng)光闌一側(cè)的管狀反應(yīng)室上設(shè)置有光電倍增管，光電倍增管與反應(yīng)室間設(shè)置有雙凸透鏡。
[0009]所述反應(yīng)室內(nèi)壁涂覆有防腐蝕涂層。
[0010]所述反應(yīng)室端部設(shè)置一錐形管。[0011]使用這種熒光反應(yīng)檢測(cè)器的二氧化硫自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置其特征在于它包括裝設(shè)于機(jī)箱內(nèi)的熒光檢測(cè)器、除烴器、粒子過濾器、真空泵、傳感器、電源、無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集傳輸裝置，機(jī)箱采樣口接粒子過濾器入口，粒子過濾器出口經(jīng)三通閥后依次通經(jīng)除烴器的內(nèi)管接熒光檢測(cè)器的進(jìn)氣口，熒光檢測(cè)器出氣口依次經(jīng)傳感器和除烴器外管后接真空泵入口，真空泵出口與機(jī)箱上的排氣口相接，傳感器與無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集傳輸裝置電連接。
[0012]由于S02在近紫外區(qū)主要有(190?230)nm, (250?320)nm, (340?390)nm共3個(gè)吸收區(qū)，S02在波長(zhǎng)220.6nm激發(fā)光激發(fā)后的激發(fā)態(tài)的壽命比較長(zhǎng)，發(fā)出的熒光不易被氮?dú)狻⒀鯕饧捌渌廴疚锎銣?，此時(shí)熒光光譜范圍在(240?420) nm范圍內(nèi)，在330nm附近有較大熒光發(fā)射區(qū)，大氣中S02濃度測(cè)量的波長(zhǎng)最好選擇在(190?230)nm范圍內(nèi)，該區(qū)域具有強(qiáng)吸收、最小淬滅和最大熒光系數(shù)，因此選擇220nm的濾光片。紫外光源選擇脈沖氙燈，可以延長(zhǎng)光源的壽命。
[0013]本發(fā)明的工作原理為紫外脈沖熒光法，脈沖氙燈發(fā)出紫外光，經(jīng)過濾光片和光闌將220nm的光聚焦到S02反應(yīng)室，樣氣中的S02吸收紫外光產(chǎn)生能級(jí)躍遷，S02從基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)S02不穩(wěn)定，瞬間返回基態(tài)，發(fā)射出中心波長(zhǎng)為330nm的熒光，熒光的強(qiáng)度和S02濃度成正比，光電倍增管將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，從而測(cè)出S02的濃度。為了消除光路波動(dòng)造成的測(cè)量誤差，光路中采用兩路監(jiān)測(cè)，一路作為樣氣光路測(cè)量所激發(fā)的熒光強(qiáng)度，另一路作為參比光路監(jiān)測(cè)氙燈光源的變化，對(duì)光源變化進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。
[0014]具體的反應(yīng)式如下所示:
S02+h υ 1 — S02*
系統(tǒng)中任何一點(diǎn)的紫外光強(qiáng)可以表示如下:
Ia=1 (exp (-ax (S02)))
其中:1—紫外燈發(fā)光強(qiáng)度，a— S02吸收系數(shù)，x—代表路徑長(zhǎng)度，(S02) 一代表吸收的S02&度值。
[0015]激發(fā)態(tài)的S02分子衰變，返回到低能態(tài)，發(fā)出特征熒光?？杀硎緸?
S02* — S02+h u 2當(dāng)so2&度較低，激發(fā)光程較短并且背景是空氣，上式可縮寫為:
F=k (S02)
由上式可看出:照射到光電倍增管上的熒光強(qiáng)度與S02濃度成正比。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明結(jié)構(gòu)的這種熒光反應(yīng)檢測(cè)器采用脈沖式光電倍增管能夠檢測(cè)微弱的so2反應(yīng)的熒光信號(hào)，且光源的壽命長(zhǎng)，檢測(cè)器的穩(wěn)定性能好，同時(shí)利用該檢測(cè)器的so2自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)so2氣體濃度值的準(zhǔn)確測(cè)量，為環(huán)境監(jiān)測(cè)部門提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為大氣污染防治工作提供參考。檢測(cè)器部件體積小，使整個(gè)so2自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體型小的特點(diǎn)，且運(yùn)行周期長(zhǎng)，測(cè)量范圍寬、靈敏度高，可達(dá)10_9，性能穩(wěn)定，能夠廣泛運(yùn)用于城市環(huán)境、背景站、山區(qū)、極地等區(qū)域so2氣體濃度的連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，比現(xiàn)有設(shè)備能夠節(jié)省儀器成本，延長(zhǎng)儀器的維護(hù)時(shí)間，減少維護(hù)工作量，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明熒光反應(yīng)檢測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。[0018]圖2為圖1的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明二氧化硫自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖1?3中標(biāo)號(hào)如下:1.氙燈光源；2.濾光片座；3.光電倍增管；4.光電管檢測(cè)器；5.出氣口 ；6.反應(yīng)室；7.進(jìn)氣口 ；8.光闌座；9.雙凸透鏡；10.濾光片；11.平凸透鏡；12.光闌；13.雙凸透鏡；14.錐形管；15.濾光片；16.除烴器；17.熒光反應(yīng)檢測(cè)器；18.傳感器；19.機(jī)箱；20.真空泵；21.粒子過濾器；22.數(shù)據(jù)采集傳輸裝置；23.電源；24.采樣口 ；25.排氣口 ；26.校準(zhǔn)口 ；27.三通閥。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1、圖2所示，本發(fā)明用于檢測(cè)微弱熒光信號(hào)的檢測(cè)器包括裝設(shè)在管狀反應(yīng)室6 —端的脈沖式氙燈光源1，脈沖式氙燈光源1與管狀反應(yīng)室6間依次裝設(shè)有與反應(yīng)室6相通的雙凸透鏡9、濾光片10、平凸透鏡11和光闌12，在對(duì)應(yīng)光闌12 —側(cè)的管狀反應(yīng)室6上部設(shè)置有光電倍增管3，光電倍增管3為數(shù)字信號(hào)輸出的光電倍增管，其信噪比高，無需制冷，不易受環(huán)境溫度的影響。光電倍增管3與反應(yīng)室6間依次設(shè)置有雙凸透鏡13和濾光片15，反應(yīng)室6內(nèi)壁涂覆有防腐蝕涂層。氙燈光源1與裝設(shè)濾光片10的濾光片座2固連，氙燈光源1的光經(jīng)過雙凸透鏡9的匯聚、濾光片10濾光及光闌座2上的光闌12，將紫外光匯聚(避免發(fā)散光束進(jìn)入)，照射在反應(yīng)室6的腔體內(nèi)，由光電倍增管3檢測(cè)S02反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的熒光，熒光強(qiáng)度與S02的濃度大小成正比。在反應(yīng)室6腔體內(nèi)，光電倍增管3的垂直方向安裝的光電管檢測(cè)器4檢測(cè)氙燈的參比光。反應(yīng)室6內(nèi)端部設(shè)置一錐形管14，用以消除熒光對(duì)光電管的影響，并防止氙燈1發(fā)出的光反射到光電倍增管3的窗口。
[0022]如圖1?3所示，使用上述熒光反應(yīng)檢測(cè)器的二氧化硫自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置包括裝設(shè)于機(jī)箱19內(nèi)的熒光檢測(cè)器18、除烴器16、粒子過濾器21、真空泵20、傳感器18、電源23、無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集傳輸裝置22，其中除烴器16用于滌除樣氣中含烴類物質(zhì)，粒子過濾器21用于濾除空氣中的顆粒物。機(jī)箱19上的采樣口 25接粒子過濾器21的入口，粒子過濾器21出口經(jīng)三通閥27后通經(jīng)除烴器16的內(nèi)管接熒光反應(yīng)檢測(cè)器17的進(jìn)氣口 7，熒光檢測(cè)器17的出氣口 5依次經(jīng)傳感器18和除烴器16外管后接真空泵20的入口，真空泵20出口經(jīng)管路后與機(jī)箱19上的排氣口 25相接，傳感器18與無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集傳輸裝置22電連接。
[0023]樣氣首先在真空泵20的抽力作用下經(jīng)過粒子過濾器21進(jìn)入除烴器16的內(nèi)管，含烴類物質(zhì)經(jīng)過除烴器16的內(nèi)管時(shí)，在內(nèi)外壓差的作用下被排到外管，再經(jīng)管路由排氣口 25排出，其余樣氣進(jìn)入反應(yīng)室6腔體進(jìn)行熒光反應(yīng)，此時(shí)氙燈光源1發(fā)出的185?2000nm的紫外光經(jīng)過雙凸透鏡9變成平行光，再依次經(jīng)過214nm的濾光片10的濾光和平凸透鏡11的匯聚，通過光闌12去除雜散光后，有效光線在反應(yīng)室6內(nèi)激發(fā)S02分子產(chǎn)生熒光，該熒光被其垂直方向的雙凸透鏡13匯聚后，再經(jīng)過光電倍增管3與雙凸透鏡13間的360nm的濾光片15的濾光后，被光電倍增管3接收，光電倍增管3根據(jù)S02濃度的變化產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)經(jīng)由無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集傳輸裝置22采集輸出，反應(yīng)后的氣體在真空泵20作用下依次經(jīng)由出氣口 5、除烴器16外管，經(jīng)排氣口 25排出，校準(zhǔn)口 26用于通入已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣后對(duì)儀器進(jìn)行定期校準(zhǔn)。
[0024]上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明，本專業(yè)普通技術(shù)人員或一般技術(shù)人員除依據(jù)本發(fā)明所公開的實(shí)施方式外還可采取其它各種實(shí)現(xiàn)方式，凡依據(jù)本
【發(fā)明內(nèi)容】
所作的簡(jiǎn)單或等效替換、變化或修飾，都應(yīng)理解在本發(fā)明的范圍內(nèi)，受本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種熒光反應(yīng)檢測(cè)器，其特征在于它包括裝設(shè)在管狀反應(yīng)室一端的脈沖式氙燈光源，脈沖式氙燈光源與管狀反應(yīng)室間還依次裝設(shè)有與反應(yīng)室相通的雙凸透鏡、濾光片、平凸透鏡和光闌，在對(duì)應(yīng)光闌一側(cè)的管狀反應(yīng)室上設(shè)置有光電倍增管，光電倍增管與反應(yīng)室間設(shè)置有雙凸透鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光反應(yīng)檢測(cè)器，其特征是所述反應(yīng)室內(nèi)壁涂覆有防腐蝕涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光反應(yīng)檢測(cè)器，其特征是所述反應(yīng)室端部設(shè)置一錐形管。
4.一種使用熒光反應(yīng)檢測(cè)器的二氧化硫自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于它包括裝設(shè)于機(jī)箱內(nèi)的熒光檢測(cè)器、除烴器、粒子過濾器、真空泵、傳感器、電源、無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集傳輸裝置，機(jī)箱采樣口接粒子過濾器入口，粒子過濾器出口經(jīng)三通閥后依次通經(jīng)除烴器的內(nèi)管接熒光檢測(cè)器的進(jìn)氣口，熒光檢測(cè)器出氣口依次經(jīng)傳感器和除烴器外管后接真空泵入口，真空泵出口與機(jī)箱上的排氣口相接，傳感器與無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集傳輸裝置電連接。
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK103674915SQ201310670090
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】王強(qiáng), 段兆麗, 鄭雷玉, 王春迎, 張艷偉, 辛繼國(guó) 申請(qǐng)人:河北先河環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?br>