摘要:隨著現代化工業的發展，大氣污染越來越嚴重，吸收光譜法足檢測大氣污染的重要手段。N02是大氣污染的主要污染物之一，文章將發光二極管作為光源，選擇發光光譜范圍處于NOz強吸收峰位置的發光二極管，通過測量含有N 污染物的吸收光譜，利用最小二乘法，將實驗得到的吸收光譜與標準譜作擬合運算，反演計算出污染物濃度。分析了檢測的基本原理，研究丁光譜分析過程，包括實驗光譜與標準光譜的擬合、濃度的反演計算等數據處理過程。具體利用N【)2在3O0～500 nm光譜范圍內有強吸收的特點，測量了樣品中N()2的濃度。實驗使用發光二極管作為光源，使檢測變得方便快捷，實驗裝置便于攜帶，可以隨時對待測場所實現高精度的實時在線檢測。
關鍵詞吸收光譜；N()z；發光二極管
引 言
N(．)2是一種棕紅色有刺激性臭味的氣體。主要來自于車輛廢氣、火力發電站和其他工業的燃料燃燒及硝酸、氮肥、炸藥的工業生產過程。NOz是一種主要的空氣污染物，是形成光化學煙霧的主要因素之一，也是酸雨的來源之一，具有腐蝕性和生理刺激作用，對人體健康危害很大。大氣中氮氧化物和N()2的檢測方法有很多，主要分為非光學法和光學法兩類，前者有電化學法、氣象色譜法、質譜法等，后者是利用光與污染物分子的相互作用機理進行檢測，如紅外吸收法、拉曼光譜法、紫外熒光法、激光光生法等LI。
本文使用吸收光譜法，首次將發光二極管作為光源，選擇發光光譜范圍處于N02強吸收峰位置的發光二極管，通過測量含有NO2污染物的吸收光譜[ “]，反演計算出污染物濃度，該方法具有時問短、精度高、實時監控、方便快捷的特點。
1 實驗
實驗裝置如圖1所示，根據N()2在300~500 nm間有較強的吸收峰(如圖2所示)，本實驗采用的光源是藍光發光二極管，波長范圍420~520 nm(~l圖3所示)，發光二極管的1 作電壓為19 V，吸收池長度為,20 cm，透鏡焦距4．5cm，光譜儀為北京卓立漢光生產的SBP500型光柵光譜儀，光譜分辨率為0．05 nrfl，探測器為光電倍增管，加入高壓457V。數據測試分析系統由數據采集卡和計算機組成。為了將標準譜線的精度降低為實驗室系統的精度，在實驗室系統下測量了汞燈的光譜線，如圖4，將實驗室汞燈譜線和標準譜做卷積可以獲得與實驗室精度相同的標準光譜。通過真空系統抽真空后，經流量計將一定比例的N02氣體充入吸收池內，制成氣體樣品，圖5是樣品的吸收光譜，圖中實線為人射強度L，虛線為出射強度I(穿過樣品池，被NO2吸收后的光強)。
2 結果與分析
光源發出強度為L 的光，經過一定距離的傳輸后，由于各種大氣氣體分子對其不同的差分吸收，使其光譜的強度和結構都會發生相應的改變，設出射強度變為j，f和Jo之間的關系可由Lambert—Beer定律得出l】 ”
1(／1)一Io(／1)exp{ [一ai( )一 ( )一1ER( )——EM( )]NL}+B( ) (1)
這里， 表示波長，o'i(．=【)是所測第i種氣體的分子窄帶吸收截面， ( )則是寬帶吸收截面，它們的單位是ClTI2，Ni是第i種氣體的濃度，L表示光程， 是所測氣體的種類數，一般為2～10，eR(J：I)和￡ ( )則分別是瑞利散射系數和米散射系數，它們隨波長作慢變化，B(／1)是各種噪聲之和，將(1)式進行處理，并消除瑞利散射，米散射，探測器響應，各種氣體的寬帶吸收以及光源本身所引起的寬帶光譜結構等。利用最小二乘法進行數據處理，就可得出各種氣體濃度 的值[19,20]。
圖6為將光譜進行多項式擬合后所得。通過將光譜進行多項式擬合，(這里取5次擬合)即可去掉慢變部分，最后得到NO2的差分吸收截面(如圖7)。根據N02的吸收截面，可求出N02氣體的濃度。
C— ln[Io( )／I(／1)]／a(／1)L (2)
3 結論
采用實際吸收光譜與標準吸收截面相擬合的方法對污染氣體進行檢測，不受光源發光強度的變化和環境干擾等因素的影響，可以由實驗室取樣測量推廣到塒現場進行長程吸收光譜的實時測量，進而叮實現舴接觸性的實時在線檢測，提高測量精度。采用發光二極管作為光源，使測量變得簡單、快捷同時降低了檢測成本。