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紫外荧光法SO2自动监测仪工作原理及常见问题浅析
曾凡萍刘澍何敏
萍乡市环境监测站江西萍乡337000
摘要:紫外荧光法SO2空气质量自动监测仪是用来监测大气中SO2含量的专用仪器,利用紫外荧光法原理研制而成。我站引入美国API紫外荧光法SO2空气质量自动监测仪〔M100E〕进行24小时连续监测。本文阐述了紫外荧光法测量烟气中SO2浓度的根本原理、紫外荧光分析仪结构、功能和特点,并就我站在使用紫外荧光法SO2空气质量自动监测仪过程中出现的一些常见问题进行剖析,以供参考。
关键词:空气质量监测;紫外荧光法;常见问题;分析处理
1引言
近年来,随着我国工业的迅速开展,大量开采煤矿、燃煤发电、对钢铁和有色金属的冶炼等都极大程度地对大气造成了二氧化硫(SO2)污染。目前,SO2的测定方法主要有荧光光度法[1]、电化学法[2]、化学发光法[3]和原子吸收法[4]等。其中紫外荧光法以其灵敏度高、选择性好、测量范围大、不需要化学药剂和实时在线测量等优点成为标准化方法之一,特别适合于SO2浓度很低的大气连续监测系统应用[5~7]。
2根本原理及系统组成
2.1紫外荧光发光原理
紫外荧光法是基于分子发射光谱法。采用Zn灯照射在SO2气体分子上,让它成为激发态的SO2?;当激发态的SO2?分子返回到基态时,就会发射出荧光光子。美国API紫外荧光法SO2空气质量自动监测仪〔M100E〕测量方法的物理原理是紫外荧光法,当紫外光在波长190nm--230nm范围内时,激发SO2后,产生荧光[1]。这个反响分两步进行。
第一步,当SO2分子被适当波长〔190nm-230nm〕的紫外光子撞击时,就保存了一些过剩的能量,能引起SO2分子中的一个电子跃迁到一个更高的能量轨道。在美国API紫外荧光法SO2空气质量自动监测仪〔M100E〕中,激发气体的UV光源的波长大约为214nm。
该反响的第二阶段发生在SO2受到激发,成为激发态的SO2*以后,因为系统将
寻求最低能量稳定状态,SO2*分子很快回到它的基态,以荧光光子的形式释放出过剩能量。此时该荧光的波长在紫外波段,其波长的中心波长为330nm。
在低湿度条件下,浓度为0~143mg·m-3范围内时,荧光的强度与SO2浓度成线性关系。化学方程式如式(1)、(2)所示:
-----------------(1)
-----------------(2)
2.2紫外荧光光强与SO2浓度对应关系
根据紫外荧光法原理,荧光总光强(I)与SO2浓度之间的关系可表示为〔3〕:
I=kc----------------------------------------(3)
式中:c表示SO2样气浓度,k表示为一定物质、一定测定条件下的比例系数。比例系数k一般与反响室的长度、温度、材料、SO2的吸收系数、空气分子质量、荧光的淬灭时间、荧光出口面积以及出口透镜的透过率等参数有关。当检测仪系统确定后,在稳定的条件下,这些参数也随之确定,此时k可视为常数。因此,式(3)表示的紫外荧光光强(I)与SO2样气的浓度(c)成线性关系。这是紫外荧光法进行定量检测的重要依据。
2.3检测方案要求与仪器应对方案
根据SO2气体在190~230nm范围内具有强吸收性的特点,美国API紫外荧光法SO2空气质量自动监测仪〔M100E〕光源采用了Monitor公司生产的Pen2RayZ2800型Zn灯,采用滤光片让213.8nm的主共振线通过。由于受激发的荧光光谱在250~420nm范围内,因此采用了波长范围为250~400nm的滤光片,不但能使入射光过滤,而且保证了信号的输出与拾取。由于产生的紫外荧光信号具有微弱、短暂和易于被淹没等特点,因此在系统中,采用了HAMAMATSU公司的H6180201光电倍增管(PMT),进行光电信号的转换和信号的放大。其光谱响应范围为240~600nm,能很好满足荧光光谱的检测范围。另外,由于SO2遇水容易造成荧光淬灭,将大大降低比例系数k,从而大大降低检测精度和灵敏度。所以,仪器中采用了反响室中加热的方法去除水的干扰。
2.4系统组成
分析仪的硬件电路主要包括了:Zn灯电源、PMT电源、电磁阀控制电路、PMT制冷电路和温控电路、反响室温控电路、光子计数器、显示控制电路和数字接口电路等。具体如图1所示。
图1分析仪结构示意图
Fig.1Structurediagramoftheanalyzer
3影响因素的分析
3.1直接干扰
大多数的直接干扰来自于SO2之外的其他气体,当暴露在紫外光下时,其他气体发出荧光的方式和SO2相似。其中较大的影响来自于一系列的碳氢化合物〔PNA〕,如二甲苯等。
M100E型SO2浓
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