调谐激光光谱法在线检测VOCs的方法研究及仪器设计

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1、中文摘要随着大气污染的日益严重，实现对有毒有害气体和易燃易爆气体的实时快速检测对于环境保护和安全生产变得越来越重要。挥发性有机物作为大气污染物的重要组成部分对生态环境和人类健康具有严重的危害，对动植物有直接毒性，而且其在太阳光作用下产生光化学烟雾，造成严重的二次污染。而目前针对挥发性有机物的检测技术还不能实现快速、准确地现场检测。调谐激光光谱(TDLAS)技术作为一种能够快速、准确、在线检测的气体检测技术被广泛应用于S02、NH3、CO、C02等污染气体检测中，其优势在于无需预采样，现场检测，气体信息不易失真，响应时间短，在有害过程气体的实时检测方面有广泛的应用前景。但由于经典的TDLAS技术

2、检测目标成分与挥发性有机物的光谱特点存在较大差异，导致经典的TDLAS技术不能直接应用于挥发性有机物的检测中。本课题结合挥发性有机物的光谱特点与TDLAS技术的原理，对经典的TDLAS系统结构进行相应的改进，从理论推导和实验验证两条途径解决了运用TDLAS技术检测挥发性有机物时吸收光谱峰宽过大、各成分吸收光谱存在混叠现象、吸收光谱波段接近中红外等技术难点，搭建了一套可用于VOCs成分检测的TDLAS实验系统，并对系统进行了线性标定及性能评价，从而扩展了TDLAS技术的检测范围，也为挥发性有机物的检测提供了一种能够实现连续、快速、现场分析的检测方向。关键词：挥发性有机物调谐激光光谱谐波检测气体检

3、测红外光谱ABSTRACTNowadaystheairpollutionisbecomingmoreandmoreharder．Thedetectionofpollutant，flammableorexplosivegasesisofgreatimportancetotheenvironmentalprotectionandproductionsafety．Asimportantcomponentsofairpollutant,volatileorganiccompounds(VOCs)areharmfulfortheenvironmentandhuman．MostofVOCsaretoxic

4、foranimalsandplants，andsomeofthem‘maygeneratephotochemicalsmoginthesunlight，whichcancauseseveresecondarypollution．Buttillnow,byconventionalmonitoringmethodsVOCscannotbeonlinedetectedrapidlyandaccurately．Asarapidaccurateonlinegasmonitoringmethod，tunablediodelaserabsorptionspectroscopy(TDLAS)hasbeenus

5、edinmonitoringmanykindsofairpollutants，suchasS02，NH3，CO，C02andSOon．TDLASsystemisanin—situmonitoringsystem，anditischaracterizedwithlongperiodofcalibration，shortresponsetimeandhighaccuracy．TDLAScanbeusedbroadlyinin—situmonitoringofmanykindsofharmfulgases，butbecauseofspectralcharactervariancebetweenino

6、rganicgasandVOCsitishardtomonitorVOCsdirectlywithclassicalTDLASsystem．BasedonspectralcharactersofVOCsandtheTDLAStechnique，wedidsomeimprovementonthestructureofclassicalTDLASsystem．Usingtwowaysoftheoreticderivationandexperimentalverification，wesolvedthefollowingproblems，includinghalf-peakbreadthofVOCs

7、beingmuchwiderthanthoseofinorganicgases，spectraaliasingandtheabsorptionbandsofVOCsbeingclosetomiddle-infraredband．AfterwebuiltanewsystemformonitoringVOCs，wedidlinearcalibrationofthesystemandevaluatedi