大气二氧化硫浓度紫外荧光分析仪的研制及优化

摘要

该文是基于紫外荧光法检测大气二氧化硫浓度仪器的研究,主要工作和成果如下:(1)在理论上,结合实际的激发光源的特征,推导了单色激发光的紫外荧光分析理论;根据仪器中的各部件的特点,推导了窄带宽的紫外激发光的荧光分析理论;证明了在二氧化硫强的吸收光谱(190-230nm)范围内的光对荧光信号都有贡献,有利于提高激发光能量和荧光的强度.(2)在理论上,分析了仪器系统中的荧光反应室的结构参数.(3)在光源的滤光手段方面,采用了反射光栅滤光法,取代了原来的干涉滤光片,取得了良好效果.(4)在气路方面,完成了零气发生装置配气系统及仪器气路结构设计和装调.(5)从实验研究方面:(a)分析了光路中各部件对有光本底计数率的影响,通过对光路的调整,使得有光本底计数由原来的110010cps降2890cps.(b)分析了SO<,2>荧光信号与浓度的关系,得出二氧化硫荧光强度与其浓度成线性关系,二氧化硫响应度为0.5photons/ppb.s,累积120秒的光子数,则系统的检出极限就可达到1ppb,累积300秒,其检出极限为0.5ppb.(c)分析了反应室压力对测量的影响,结果表明:压力增大,荧光信号增强,同时也提高了二氧化硫的响应度,降低了检出下限.(d)分析了流量对测量的影响,实验表明:流量增大,荧光信号增强,响应度提高.(e)分析了系统的重复性、稳定性,系统在同种条件下不同时间测量结果表明:零气的有光本底波动系数为2％,同种浓度的二氧化硫气体在不同时间测量的波动为3％.这种情况表明该系统的重复性和稳定性比较好.

目录

文摘

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第一章前言

1.1大气中二氧化硫的来源

1.2二氧化硫的危害

1.3二氧化硫检测理论与方法分类

1.4国内外研究情况

1.5研究项目的意义

1.7本论文工作的背景及研究内容

1.8小结

参考文献

第二章紫外荧光法检测大气中二氧化硫浓度的原理

2.1概述

2.2分子荧光产生机制

2.2.1 Jablonski能级图

2.2.2分子的去激发过程

2.3荧光量子效率

2.4单色激发光的荧光定量分析理论

2.5紫外激发光检测二氧化硫的荧光理论

2.7本章小结

参考文献

第三章检测仪器硬件的研制及优化

3.1仪器系统简介

3.2激发光源的选择

3.3滤光方法的分析与选择

3.3.1滤光片

3.3.2反射光栅滤光法

3.4石英透镜

3.5荧光反应室的设计与分析

3.6光子计数器

3.6.1光电倍增管(PMT)的选择

3.6.2 PMT电源电路

3.6.3制冷温度控制电路

3.6.4光子计数板

3.8系统的光路设计

3.9系统的气路设计

3.11数据采集及控制软件

3.12小结

参考文献

第四章系统实验研究与结果分析

4.1仪器的装调和测试

4.1.1光源的位置对激发光强度的影响

4.1.2窄缝对荧光信号的影响

4.1.3滤光器对光源的滤光效果

4.1.4仪器系统的光密性

4.1.5仪器系统的气密性

4.2旧系统测量结果的分析

4.2.1环境光对无激发光时PMT暗计数的影响

4.2.2零气与空气的测量结果对比

4.2.3不同浓度的二氧化硫标气测量结果

4.3新系统的测量结果分析

4.3.1总流量不变二氧化硫的测量结果

4.3.2标气流量不变二氧化硫的测量结果

4.3.3流量的影响

4.3.4光路的影响

4.3.5窄缝的影响

4.3.6压力对荧光信号影响

4.3.7压力对零气的有光本底的影响

4.3.8环境空气与零气的测量结果比较

4.4小结

第五章全文总结

5.1本论文完成的工作及取得的成果

5.2结束语

参考文献

致谢

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