可调谐半导体激光光谱仪对高温CO的测量研究.pdfVIP

第43卷 分析化学 (FENXIHUAXUE) 仪器装置与实验技术 第8期 2015年 8月 ChineseJournalofAnalyticalChemistry 1247～1254 DOI：10．11895／j．issn．0253-3820．150304 可调谐半导体激光光谱仪对高温 CO的测量研究 郭艳林 黄 晓 洪 义 董俊国 高 伟 李 梅 黄正旭 傅 忠 程 平 周 振 (‘上海大学环境与化学工程学院，上海200444) (暨南大学环境安全与污染控制研究所，广州 510632) 。(昆山禾信质谱技术有限公司，昆山215133) 摘 要 搭建了一套基于可调谐半导体激光光谱技术的测量装置，实现了对高温环境中CO的检测。此装置 采用波长调制技术 ，并选取CO在6395．4cm 的R14线作为吸收线，不仅提高了装置的信噪比，降低 了检出 限，还可以避开其它气体组分的干扰。通过建立不同温度下的水汽背景库来扣除CO吸收峰处的水汽干扰信 号，同时得到水汽浓度和温度的信息，再结合温度信息以及建立的CO标准库，实现对CO的测量。测量结果 表明，对CO浓度的检测范围在0．1％～10％之间，检出限为0．03％，测量误差在5％以内；温度的检测范围为 300~C～1000oC，测量误差在 10％以内。此装置能为炼钢冶炼及发电燃烧过程提供CO浓度及温度信息，从而 提高燃烧效率，降低尾气排放。 关键词 激光技术 ；可调谐半导体激光器；高温；一氧化碳；波长调制技术 1 引 言 绝大多数燃烧过程始终伴随着H：O和CO的生成，当氧气含量不足时，另一种不完全氧化产物CO 也将产生。因此，CO浓度可作为衡量燃烧效率的指标之一。大气中CO部分来 自于工业化石燃料燃 烧 ，根据欧盟工业废气排放标准，CO的排放限值为 100mg／Nm3【¨，对燃烧炉 内CO的实时监测有助于 提高燃料使用率以及减小工业尾气排放。CO作为一种无色无味的剧毒气体严重危害着人类的健康，与 血红蛋 白结合力强，造成机体细胞缺氧死亡。大气中的CO会对大气清洁剂OH ‘自由基产生消耗，90％ 的CO会被OH’氧化为CO ，所消耗的OH ‘占其总量的70％_2J，CO的过度排放将很大程度上削弱大气 的自净能力。 、 基于可调谐半导体激光器测量气体组分具有高灵敏、高分辨率、响应时间快以及抗干扰性强的优 势。早在 1978年，已将该技术搭建气体吸收光谱仪应用于气体测量 ]，结合怀特腔增加光程以及使用 波长调制技术提高信噪比后，测量NO的灵敏度可达到0．1mg／m量级 J。由于该项技术适用于高温 或高压等恶劣条件 J，且对于气体测量具有选择性，近几年得到广泛关注 mJ。姚华等… 使用可调 谐半导体激光器对 2302．12nm处的CO吸收线进行测量，得到的单位光程检出限为20mg／m ，并验证 了波长调制吸收测量与直接吸收测量结果相接近。本研究建立了一套适用于高温条件下测量 CO浓度 的装置，通过对现场的温度与CO浓度的测量，可对燃烧效率进行实时监控，从而采取措施提高燃烧效 率，并减小尾气中CO排放。 2 基本原理 2．1 朗伯比尔定律 原始光强为 的一束光，经过含有吸收物质的一段光程，出射光强可以写作： J(『，T)=Ioe ‘ (1) 其中，Ol(，)表示在该频率 和温度 下的吸收，可进一步表达为： 2015-04-16收稿；2015-06-11接受 本文系国家重大仪器设备开发专项(No．2011YQ170O67)资助 E-mail~pingcheng@shu．edu．cn 1248 分 析 化 学 第43卷 (，)=S(r)x(，T)c