孙延庆硕士论文开题报告.doc

编号:
浙江大学能源系硕士研究生
开题报告
中文论文题目:差分吸收光谱技术在大气监测中的应用研究
英文论文题目: RESEARCH ON APPLICATION OF DIFFERENTIAL OPTICAL ABSORPTION SPECTROSCOPY FOR ATMOSPHERR ENVIRONMENT POLLUTION MONITORING
姓名: 孙延庆
指导教师: 孙延庆
专业名称: 热能工程
提交日期
差分吸收光谱技术在大气监测中的应用研究
课题来源
浙江大学基本科研业务费专项资金:采用微分吸收光谱技术测量大气污染物(No. 2013QNA4015)
研究背景及意义
大气污染的传统监测技术概述
大气环境是人类赖以生存和发展的必要条件,保护和改善大气环境质量对于促进人类社会、经济的发展以及保障人体健康都具有十分重要的意义。而对大气环境的保护与监督都有赖于大气环境监测。
大气的化学组成是如此的复杂,以至于要明确测量任何一种物质都是非常困难的。除经典的化学分析方法之外,在过去的几十年里,随着科学技术的发展,各种仪器分析方法、许多新的测试手段和技术不断被用于大气污染监测。这些方法可分为非光学分析法和光学分析法。

非光学分析法主要包括化学分析法、电化学分析法、色谱法等。
化学分析法[1]是以化学反应为基础,分为重量分析法和容量分析法两类。重量分析法操作麻烦,对于污染物浓度低的会产生较大误差,它主要用于大气中总悬浮微粒、降尘量、烟尘、生产性粉尘等的测定。容量法操作方便、快速、准确度高,可用于废气中污染物如铅的测定,但灵敏度不够高,对于测定浓度太低的污染物,不能得到满意的结果。
电化学分析法[2]是在化学分析的基础上逐步发展起来的,它的方法原理是利用物质的电化学性质测定其含量。以电解反应为基础建立起来的电化学分析方法有电位分析法和库仑分析法;以测定溶液导电能力为基础的电化学分析法称为电导分析法。电位分析法最初用于测定 PH 值,后来由于离子选择性电极的迅速发展,电位分析已广泛应用于非金属无机污染物的监测,电导分析法可用于测定大气中 SO2,库仑分析法可用于测定大气中 SO2、NOX。此外还有以测量电解过程的电流—电压曲线为基础的伏安法及利用阳极溶出反应测定重金属离子的阳极溶出法[3]。
色谱法[4]是一种用来分离、分析多组分混合物质的极有效的方法。它的分离原理是:混合物各组分在互不相溶的两相(固定相和流动相)间具有不同的分配系数,当混合物中各组分随着流动相通过固定相时,在流动相和固定相之间进行反复多次的分配,这样就使分配系数不同的各组分在固定相中的滞留时间有长有短,从而按不同的次序先后从固定相中流出。
虽然非光学分析法在大气污染成分的监测方面得到了广泛的应用,但限于响应慢,不可能对大气污染成分进行实时监测,不可能用于短寿命大气污染成分的监测[5]。

以光的吸收、辐射、散射等性质为基础的光学光谱分析法是重要的大气污染监测技术。按其辐射本质可分为原子光谱法(包括离子光谱)和分子光谱法。
原子光谱分析法[6]是通过测量原子发射或吸收其特征谱线进行元素的定性和定量分析的方法。根据测量的原子特征光谱的不同,原子光谱分析法主要有原子发射光谱法(AES)[7,8]、原子吸收光谱法[9,10]和原子吸收分光光度法(AAS)和原子荧光光谱法(AFS)[11,12]。
分子光谱分析法包括分子荧光分析法、紫外-可见分光光度法和红外光谱法。分子荧光分析法(包括可见光、紫外光、X 光、红外光荧光)是根据分子荧光强度与待测物浓度成正比来对待测物进行定性测定。在环境分析中主要用于强致癌物质苯并芘、硒、铍、沥青烟等的测定[13]。分光光度法是一种常用分析法,它具有仪器简单、容易操作、灵敏度高、测定成分广等特点。可用于测定金属、非金属、无机物和有机化合物等,在国内外的环境监测分析中占有很大的比重。除 O2、N2、H2、Cl2等对称性双原子分子和 He、Ar、Ne 等单原子分子外,诸如 CO、CO2、CH4、NO、SO2等都是由不同原子组成的分子,这些分子都具有各自的红外线吸收光谱。非分散红外法不需要将红外线进行分光,目前已利用非分散红外吸收原理制成 CO2、SO2、CO、油分等监测仪器。
综上所述,传统的大气污染监测主要以抽气取样后的实验室分析为基础,对大气环境污染进行实时、在线监测存在一定的局限性。上世纪 80 年代,采用光学和电子学技术的大气环境监测仪器已经商品化,如紫外荧光法 SO2监测仪,化学发光法 NOX 监测仪,非分散红外法 SO2监测仪等。但这些仪器通常只限于单点监测。
随着大气污染的不断恶化,传统的大气污染监测技术已经不能满足日益严重