基于多模二极管激光的汞气监测技术研究

摘要

汞是一种有毒的重金属元素，若过量排放，不仅会对工农业生产造成重大影响，还会威胁到人们的身体健康。我国汞污染较严重，并且几年前就已颁布条款控制汞的排放，所以现在对汞尤其是气态汞进行有效的监测变得越来越重要。近些年，随着光电技术的发展，很多化学监测方法逐渐被简单、高效、造价低廉的光学监测方法所取代，而在光学监测技术中，光谱学监测方法已成为主流方向。本课题主要针对元素汞，对象包括大气中和工厂排放废气中的气态汞。进行气态汞的监测，不仅有助于脱汞效率的提高，还对环境污染监测及改善有重要意义。
　　本文提出利用可调谐多模二极管激光器倍频技术和和频技术产生中心波长253.7 nm的紫外激光的方法，结合关联光谱技术，经自动峰值检测及广义线性拟合的算法得出样品气室中的汞浓度，从而实现汞的连续监测。汞的吸收谱线很窄，对253.7 nm波长的光有强吸收。在倍频实验中，可调谐多模绿光二极管激光的中心波长为505 nm。通过电流和温度的控制，并在加外腔的情况下可将其波长调至507.3 nm，由BBO晶体的倍频效应得到253.7 nm的紫外光。经计算得到，合成紫外光强度为16.6 nW，且在1 m路径，4 s积分时间下，汞浓度测量灵敏度达到0.07μg/m3，且汞浓度测量线性动态范围大约是0~45μg/m3。最后对该系统的气体选择性和实用性进行了测试并完成了汞浓度的连续监测。
　　在和频实验中，应用中心波长在687 nm的可调谐多模红光二极管激光器和中心波长在401 nm的可调谐多模蓝光二极管激光器，经BBO晶体产生和频效应进而获得253.7 nm的紫外光，并分别在红光和蓝光激光器上施加扫描信号，进行双路扫描。经计算得到，合成紫外光强为1.0 nW，在1 m路径，10 s积分时间下，汞浓度测量灵敏度达到0.13μg/m3。汞浓度测量线性动态范围大约是0~36μg/m3，并给出了线性范围与非线性范围相应的解析式。通过改变两激光器温度我们对系统稳定性进行评估并完成汞的挥发与扩散的连续监测。

目录

第1章 绪论

1.1.1课题的来源

1.1.2课题研究的背景和意义

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3主要研究内容

第2章 汞监测技术的基本原理

2.1引言

2.2.1汞的吸收光谱

2.2.2 可调谐半导体激光吸收光谱原理

2.2.3激光倍频与和频原理

2.2.4关联光谱技术原理

2.3本章小结

第3章 基于倍频效应紫外光源的汞监测技术

3.1引言

3.2倍频实验系统装置

3.3汞吸收光谱信号分析

3.4.1定量测量能力

3.4.2探测灵敏度

3.4.3气体选择性

3.4.4监测实时性

3.5本章小结

第4章 基于和频效应紫外光源的汞监测技术

4.1引言

4.2和频实验系统装置

4.3汞吸收光谱信号分析

4.4.1定量测量能力

4.4.2探测灵敏度

4.4.3系统稳定性

4.4.4实时性监测

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及其它成果

声明

致谢