差分吸收光谱法测量臭氧浓度的研究

摘要

臭氧是一种大气中的痕量气体,主要分布在平流层上的臭氧层中,自然界中臭氧的产生主要来源于太阳光中短波紫外的照射以及雷电的电离;工业以及汽车尾气等产生的氮氧化物的二次产物也产生臭氧。臭氧具有极强的氧化性,对于大气中痕量气体的含量有很大的影响;由于臭氧吸收太阳光中的短波紫外,可以保护地球上的生物免受紫外线的伤害;而且由于臭氧也是一种温室气体,对于气候的变化也有很大的影响。近年来,由于南北极臭氧层空洞的发现以及工业化的进程加快,地面上光化学烟雾的频繁产生,对于环境以及人类的危害极大,所以对于环境中臭氧浓度的检测具有极其重要的意义。
　　本文首先研究了臭氧的吸收截面,通过实验得到了准确的吸收截面,并研究了紫外光吸收法对于臭氧浓度的反演,得出在波长选择间隔较长时可以给出较好的结果,并给出在本实验系统下这种方法的最高检测限为450ppm,最低检测限为1.36ppm。
　　研究了差分吸收光谱法对于臭氧浓度的反演,设计了光谱处理的方案,给出了光学参量OP与浓度N之间的关系,通过编程编写了臭氧在线检测程序,研究了在流气和静态条件下的信噪比和最低检测限分别为0.45ppm和0.48ppm,对紫外光吸收法和差分吸收光谱法反演的结果进行了比较,发现差分吸收光谱法抗干扰能力强,紫外光吸收法灵敏度高。
　　研究了在共振展宽和洛伦兹展宽的吸收截面谱型的变化,发现吸收截面峰值没有发生变化且无频移产生,共振展宽谱线展宽非常微弱但洛伦兹展宽谱线在253.7nm、以及269nm、270-280nm波段以及280-288nm波段的谱型展宽非常明显,并发现压力展宽对于臭氧浓度反演没有基本没有影响。
　　最后研究了二氧化硫干扰气体对于臭氧浓度的反演影响,发现对二氧化硫的差分吸收截面在250-280nm波段比臭氧低一个数量级,对于臭氧浓度的反演结果没有影响。

目录

差分吸收光谱法测量臭氧浓度的研究

AN DIFFERENTIAL OPTICS ABSORPTION SPECTROSCOPY METHOD FOR MEASURING CONCENTRATION OF OZONE GAS

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 臭氧的检测方法

1.3 国内外在该方向的研究现状及分析

1.4 本论文的研究内容

第2章 紫外光吸收法测量臭氧浓度的研究

2.1 前言

2.2 Beer-Lambert定律

2.3 紫外光吸收法测量的理论模型

2.4 紫外吸收法测量平台的搭建

2.5 紫外光吸收法测量数据的处理

2.6 本章小结

第3章 差分吸收光谱法测量臭氧浓度的研究

3.1 前言

3.2 差分吸收光谱法理论模型的建立

3.3 差分吸收光谱法测量波段的选择

3.4 差分吸收光谱法对于臭氧浓度反演的研究

3.5 OP值与浓度之间的关系

3.6 信噪比与最低检测限

3.7 差分吸收光谱法与紫外光吸收法比较

3.8 本章小结

第4章 压力对吸收线型以及干扰气体对于浓度反演 的影响

4.1 压力展宽效应的理论分析

4.2 低压测量臭氧吸收截面实验平台

4.3 总压与分压同时改变时，臭氧吸收截面的变化

4.5分压不变，总压改变吸收截面的变化

4.6 分压不变总压改变下的浓度反演

4.7 二氧化硫干扰气体对于臭氧浓度检测的影响

4.8 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢