專利名稱：氣態物質的分析裝置及方法
技術領域：
本發明涉及二氧化硫的檢測，特別涉及利用紫外熒光檢測技術去檢測氣態物質的裝置和方法。
背景技術：
二氧化硫是一種無色的有毒氣體，濃度較低時沒有氣味，在濃度達到約1. 5mg/m3 時會出現刺鼻味。二氧化硫主要來源為石油、煤炭中含有的硫燃燒后轉變為二氧化硫排入大氣。二氧化硫是空氣中的一種主要污染成分，據報道，中國目前每年因二氧化硫和酸雨污染，對生態環境和人體健康影響造成的經濟損失在1100億元人民幣左右。人在吸收二氧化硫后可使呼吸系統功能受損，加重已有的呼吸系統疾病及心血管病。對易受影響人群，除肺部功能改變外，還伴有一些如喘氣、氣促、咳嗽等明顯癥狀，并由此導致死亡率上升。近年來，對二氧化硫等有害氣體污染的控制，治理力度越來越大，這其中準確、及時的檢測手段是治理污染的前提。汞是劇毒的物質，即使環境中的汞含量很低，也會通過食物鏈累積到人體中，從而危害人體健康。因此，需要檢測大氣(或煙氣)中的汞含量。目前，通常采用紫外熒光分析技術檢測空氣中的氣態物質，如二氧化硫、氣態汞。 紫外熒光分析技術具有測量精度高、靈敏度高、測量值穩定、儀器維護量小、可進行連續自動在線監測等優點。所述紫外熒光技術的原理為待測氣態物質的分子接受特定波長紫外線能量成為激發態，激發態分子在返回低能態時會產生特征熒光，通過測量特征熒光的強度來確定待測氣態物質的濃度。圖1示意性地給出了中國專利CN2722239Y中二氧化硫分析裝置的基本結構圖，如圖1所示，所述分析裝置包括紫外光源1、反應室5、光電倍增管4、參考探測器6以及信號處理單元，在所述反應室5上設置有進氣口 2、出氣口 3。參考探測器6設置在光源11發出的測量光的光路上，用于檢測光源11的變化，輸出端連接信號處理單元，但隨之帶來了影響測量的雜散光。為了減少反應室5內雜散光對測量的影響，反應室5的側部設置成錐形結構。該分析裝置的工作過程為紫外光源1發出的測量光射入所述反應室5內，反應室5內待測氣體中的二氧化硫被所述測量光激發并發出熒光，所述光電倍增管4接收所述熒光， 并轉換為電信號，信號處理單元處理所述電信號、參考探測器傳送來的光源1的光強，從而獲知待測氣體中二氧化硫的含量。專利JP7-318427、EP0281963公開了和上述分析裝置類似的裝置。上述技術方案主要有以下不足1、由于熒光處于紫外波段，而且很微弱，因此上述技術方案都是通過光電倍增管檢測，而光電倍增管價格昂貴，易損壞。2、錐形結構僅在一定程度上減小了雜散光對測量的影響，但還無法完全避免。 發明內容
為了解決上述現有技術方案中的不足，本發明提供一種成本低、測量準確度高的二氧化硫分析裝置，還提供了一種運行成本低、測量準確度高的二氧化硫的分析方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的氣態物質的分析裝置，所述分析裝置包括光源，所述光源發出的測量光射入反應室內；反應室，所述反應室內的待測氣態物質被所述測量光激發，發出紫外熒光；氣體置換模塊，包括設置在所述反應室上的進氣口和出氣口 ；光轉換模塊，所述光轉換模塊用于將所述紫外熒光轉換為可見光或近紅外光；第一探測器，所述第一探測器用于將接收到的所述可見光或近紅外光轉換為電信號，并傳送到信號處理單元；信號處理單元，所述信號處理單元用于利用所述光轉換模塊的轉換效率處理接收到的所述電信號，從而得出所述待測氣態物質的含量。根據上述的分析裝置，所述測量光中包含對應于待測氣態物質的吸收譜線的波長。根據上述的分析裝置，所述分析裝置進一步包括第二探測器，用于直接測量所述光源的光強；所述第二探測器設置所述光源的側部，輸出端連接所述信號處理單元。根據上述的分析裝置，所述待測氣態物質是二氧化硫或氣態汞。根據上述的分析裝置，優選地，所述第一探測器采用APD、PIN管。根據上述的分析裝置，所述光轉換模塊設置在測量光路的側部。根據上述的分析裝置，優選地，所述光轉換模塊采用稀土或鋁酸鹽材料。本發明的目的還通過以下技術方案得以實現一種二氧化硫的分析方法，所述分析方法包括以下步驟(Al)光源發出的測量光進入反應室內；(A2)反應室內的待測氣態物質被所述測量光激發，發出紫外熒光；(A3)所述紫外熒光被光轉換模塊轉換為可見光或近紅外光；(A4)第一探測器將接收到的所述可見光或近紅外光轉換為電信號，并傳送到信號處理單元；(A5)信號處理單元利用所述光轉換模塊的轉換效率處理接收到的所述電信號，從而獲知待測氣態物質的含量。根據上述的分析方法，第二探測器直接測量所述光源出射的光強，并傳送到所述
信號處理單元。根據上述的分析方法，所述測量光的波長包含對應于待測氣態物質的吸收譜線。根據上述的分析方法，所述吸收譜線處于紫外波段。根據上述的分析方法，優選地，所述第一探測器采用APD、PIN。根據上述的分析方法，優選地，所述光轉換模塊采用稀土或鋁酸鹽材料。與現有技術相比，本發明具有的有益效果為1、通過轉換，是紫外熒光轉換為可見光或近紅外管，從而使用APD、PIN等常規的低成本探測器的應用成為現實；
2、第二探測器設置在光源的一側，可直接檢測光源出射光的強度，完全避免了因其安裝位置帶來的雜散光對測量的影響，提高了測量的準確度。
參照附圖，本發明的公開內容將變得更易理解。本領域技術人員容易理解的是這些附圖僅僅用于舉例說明本發明的技術方案，而并非意在對本發明的保護范圍構成限制。 圖中圖1是現有技術中二氧化硫分析裝置的基本結構圖；圖2是根據本發明實施例1的氣態物質的分析裝置的基本結構圖；圖3是根據本發明實施例1的氣態物質的分析方法的流程圖。
具體實施例方式圖2-3和以下說明描述了本發明的可選實施方式以教導本領域技術人員如何實施和再現本發明。為了教導本發明技術方案，已簡化或省略了一些常規方面。本領域技術人員應該理解源自這些實施方式的變型或替換將在本發明的范圍內。本領域技術人員應該理解下述特征能夠以各種方式組合以形成本發明的多個變型。由此，本發明并不局限于下述可選實施方式，而僅由權利要求和它們的等同物限定。實施例1 圖2示意性地給出了本發明實施例的氣態物質的分析裝置的基本結構圖。如圖2 所示，所述分析裝置包括光源11，所述光源發出的測量光射入反應室21內，所述測量光包含的波長對應于待測氣態物質(如二氧化硫、氣態汞等)的吸收譜線。所述光源11可采用紫外燈、激光器寸。反應室21，所述反應室21內容納待測氣態物質，待測氣態物質被所述測量光激發出紫外熒光。所述反應室21上設置有窗口片41、42，便于所述測量光的入射和出射，同時用于隔離反應室21和外界。氣體置換模塊，包括設置在所述反應室上的進氣口 31和出氣口 32，從而不斷置換所述反應室21內的待測氣態物質。光轉換模塊51，該光轉換模塊51設置在測量光路的側部，用于將所述紫外熒光轉換為可見光或近紅外光。所述光轉換模塊51可采用稀土或鋁酸鹽材料，光轉換效率可達 90%。第一探測器61，所述第一探測器61用于將接收到的所述可見光或近紅外光轉換為電信號，并傳送到信號處理單元。所述第一探測器61采用APD、PIN等較便宜的光電探測
ο優選地，第二探測器81設置在所述光源11的側部，用于直接檢測光源11出射光的強度，并傳送到所述信號處理單元71。信號處理單元71，所述信號處理單元71利用熒光分析技術、光轉換模塊的轉換效率處理所述電信號，從而獲知反應室內待測氣態物質的含量。圖3示意性地給出了本發明實施例的氣態物質的分析方法的流程圖。如圖3所示，CN 102539402 A
所述分析方法包括以下步驟(Al)光源發出的測量光進入反應室內；所述測量光包含的波長對應于待測氣態物質(如二氧化硫、氣態汞等)的吸收譜線。所述光源可采用紫外燈、激光器等(A2)反應室內的待測氣態物質被所述測量光激發，發出紫外熒光；(A3)所述紫外熒光被光轉換模塊轉換為可見光或近紅外光；所述光轉換模塊可采用稀土或鋁酸鹽材料，光轉換效率可達90%。(A4)第一探測器將接收到的所述可見光或近紅外光轉換為電信號，并傳送到信號處理單元；優選地，設置在所述光源的側部的第二探測器直接檢測光源出射光的強度，并傳送到所述信號處理單元。(A5)信號處理單元利用熒光分析技術、光轉換模塊的轉換效率處理接收到的所述電信號，從而獲知待測氣態物質(如二氧化硫、氣態汞等)的含量。根據本發明實施例達到的益處在于由于將紫外熒光轉換為可見光或近紅外光， 從而能適用APD、PIN等常規的便宜的光電探測器，有效地降低了分析裝置的成本以及分析方法的運行成本。第二探測器設置在光源的側部，直接檢測光源出射光的強度，完全避免了因安裝位置所帶來的雜散光對測量的影響。實施例2 根據本發明實施例1的分析裝置和方法在大氣中二氧化硫檢測中的應用例。光源采用氙燈或汞燈或氘燈，所述光源發出的測量光的波長包括對應于二氧化硫吸收譜線的波長，如214nm。二氧化硫被測量光中波長為214nm的光激發出熒光，該熒光的波長為330nm。 采用稀土材料，將所述熒光轉換為波長為紅色可見光，并采用APD檢測該可見光。實施例3 根據本發明實施例1的分析裝置和方法在大氣中氣態汞檢測中的應用例。光源采用氙燈或汞燈或氘燈，所述光源發出的測量光的波長包括對應于氣態汞的吸收譜線的波長，如254nm。氣態汞被測量光中波長為254nm的光激發出熒光，該熒光的波長為254nm。采用鋁酸鹽此案料將所述熒光轉換為波長為紅色的可見光，并采用PIN檢測該可見光。
權利要求
1.氣態物質的分析裝置，所述分析裝置包括 光源，所述光源發出的測量光射入反應室內；反應室，所述反應室內的待測氣態物質被所述測量光激發，發出紫外熒光； 氣體置換模塊，包括設置在所述反應室上的進氣口和出氣口； 光轉換模塊，所述光轉換模塊用于將所述紫外熒光轉換為可見光或近紅外光； 第一探測器，所述第一探測器用于將接收到的所述可見光或近紅外光轉換為電信號， 并傳送到信號處理單元；信號處理單元，所述信號處理單元用于利用所述光轉換模塊的轉換效率處理接收到的所述電信號，從而得出所述待測氣態物質的含量。
2.根據權利要求1所述的分析裝置，其特征在于所述分析裝置進一步包括第二探測器，用于直接測量所述光源出射的光強；所述第二探測器設置在所述光源的側部，輸出端連接所述信號處理單元。
3.根據權利要求1所述的分析裝置，其特征在于所述第一探測器采用APD、PIN管。
4.根據權利要求1所述的分析裝置，其特征在于所述待測氣態物質是二氧化硫或氣態萊。
5.根據權利要求1所述的分析裝置，其特征在于所述光轉換模塊采用稀土或鋁酸鹽材料。
6.氣態物質的分析方法，所述分析方法包括以下步驟 (Al)光源發出的測量光進入反應室內；(A2)反應室內的待測氣態物質被所述測量光激發，發出紫外熒光； (A3)所述紫外熒光被光轉換模塊轉換為可見光或近紅外光；(A4)第一探測器將接收到的所述可見光或近紅外光轉換為電信號，并傳送到信號處理單元；(A5)信號處理單元利用所述光轉換模塊的轉換效率處理接收到的所述電信號，從而獲知所述待測氣態物質的含量。
7.根據權利要求6所述的分析方法，其特征在于第二探測器直接測量所述光源出射的光強，并傳送到所述信號處理單元。
8.根據權利要求7所述的分析方法，其特征在于所述測量光的波長包含對應于待測氣態物質的處于紫外波段的吸收譜線。
9.根據權利要求6所述的分析方法，其特征在于所述第一探測器采用APD、PIN。
全文摘要
本發明提供了一種氣態物質的分析裝置，所述分析裝置包括光源，所述光源發出的測量光射入反應室內；反應室，所述反應室內的待測氣態物質被所述測量光激發，發出紫外熒光；氣體置換模塊，包括設置在所述反應室上的進氣口和出氣口；光轉換模塊，所述光轉換模塊用于將所述紫外熒光轉換為可見光或近紅外光；第一探測器，所述第一探測器用于將接收到的所述可見光或近紅外光轉換為電信號，并傳送到信號處理單元；信號處理單元，所述信號處理單元用于利用所述光轉換模塊的轉換效率處理接收到的所述電信號，從而得出所述待測氣態物質的含量。本發明具有測量準確度高、成本低的等優點。
文檔編號G01N21/64GK102539402SQ20111046161
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者葉華俊, 葉顯君, 張良, 王健, 黃偉 申請人:杭州聚光環保科技有限公司, 聚光科技(杭州)股份有限公司