紫外荧光法测量二氧化硫的温度响应特性分析

第32卷 第9期 2010-9

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紫外荧光法测量二氧化硫的温度响应特性分析

Analysis of the temperature response characteristic in the measurement of

sulfur dioxide using UV fl uorescence

张 凯1，李晓苇1

，李红莲2

ZHANG kai 1, LI Xiao-wei 1, LI Hong-lian 2

（1. 河北大学 物理科学与技术学院，保定 071002；2. 河北大学 质量技术监督学院，保定 071002）摘 要：随着我国经济的迅速发展，工业生产建设步伐的加快，污染的排放也与日俱增，大气环境污染特别是二氧化硫污染越来越严重。然而环境监测是环境保护的重要前提。紫外荧光法监测二氧化硫已经广泛应用于二氧化硫的监测领域。温度是紫外荧光法测量二氧化硫的一个重要影响。文章通过对不同温度下不同浓度的二氧化硫的测量，得到了不同温度时的测量结果，通过一元线性回归和最小二乘法反演出温度紫外荧光法测量二氧化硫影响：随温度的提高，荧光淬灭效应逐渐加强，荧光效率逐渐降低，测量误差逐渐增加；并得到紫外荧光法测量二氧化硫的最适合温度为50℃。

关键词：温度响应；二氧化硫；环境监测

中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2010)09-0033-03Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2010.09.09

0 引言

随着社会经济的迅速发展，环境污染越来越严重，大气环境问题也得到人们的前所未有的关注。保护和改善大气环境质量对促进人类社会、经济的发展以及保障人体健康都具有十分重要的意义。

二氧化硫是大气中数量最大、分布最广、影响人类生命财产最严重的气体污染物之一。二氧化硫的污染也随着经济的发展变得越来越严重。二氧化硫在空气中经日光照射以及其些金属粉尘的催化作用，很容易进一步氧化成三氧化硫，经与水蒸气结合而形成硫酸雾。硫酸雾是二氧化硫的二次污染物，对人类健康、生态环境、工农业生产都会造成严重的危害。硫酸雾凝聚成大颗粒，形成酸雨，酸雨对环境的危害更加严重[1,2]。

紫外荧光法监测二氧化硫已经广泛应用于大气环境监测，紫外荧光法测量二氧化硫受到多种因素的影响，其中温度是一个影响较大的因素[3~5]，本文主要通过对不同温度下的标准气体进行测量，研究温度对紫外荧光法测量二氧化硫准确性的影响。

1 实验

1.1 实验仪器

二氧化硫自动监测仪（XH2000-B 型）,河北先河科技发展有限公司生产。零气发生器（XH2000-B 型）, 河北先河科技发展有限公司生产。动态气体校准仪（XH2002型）,河北先河科技发展有限公司生产。二氧化硫标准气体，河北保定北方特种气体有限公司生产。

实验中考虑到要改变反应时气体温度并精确测量，实验中用反应室的温度来反演气体的温度，所以选择能够通过软件改变反应室温度并能够实时测量的仪器——XH2000-B 型二氧化硫自动监测仪[6,7]。该仪器采用Zn 灯作为紫外光的光源，并用214nm 的滤光片对紫外光进行滤光后，紫外光进入反应室与样品气体中的二氧化硫进行激发反应，反映后的紫外光通过光电管进行测量探测。激发荧光通过与紫外光成90°方向的230nm 的滤光片后，通过光电倍增管进行测量并转化为电信号。仪器的软件部分进行补偿和比较后显示出二氧化硫浓度值。仪器反应室温度通过脉冲电流流

收稿日期：2009-11-02

基金项目：河北大学第六批教改项目（JX06-73）；国家自然科学基金（60677021）作者简介：张凯（1986 -），男， 在读硕士研究生，研究方向为光学测量与检测。

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经反应室中的加热电阻来调节，并通过热敏电阻进行测量，经过软件换算后在控制面板上显示温度值。其仪器的原理如图1

所示。

图1 仪器的测量原理框图

为了保证实验时二氧化硫浓度测量值不受平衡气体以及NO 、H 2O 等干扰气体的影响， 实验中采用XH2000-B 型零气发生器（河北先河科技发展有限公司生产）产生平衡气体，并采用XH2002型动态气体校准仪（河北先河科技发展有限公司生产）进行标准气体的配置。实验中采用的二氧化硫气体为二氧化硫标准气体（河北保定北方特种气体有限公司生产）。1.2 实验方法

为了保证实验数据的可靠性和尽量减小随机因素对测量结果的影响，在实验中随机抽取检验合格的两台相同型号的二氧化硫自动监测仪进行实验。两台二氧化硫自动监测仪并联在气路中。实验中各个仪器的连接如图2

所示。

图2 仪器的连接状态

为了保证实验数据的可信度，实验时每次测量都采用相同的程序：首先用除去二氧化硫、水以及NO 等干扰气体的空气（以下简称零气，由零气发生器产生）对两台仪器的气路、反应室等进行冲洗三次，同时最后一次冲洗时对仪器进行零点校准。随后用浓度为仪器满量程80%的标准气体（简称标气，由动态气体校准仪产生）同时充入两台仪器进行测量，待稳定后进行仪器的量程校

准。定标后用动态气体校准仪配制出三种不同浓度的标气（100ppb 、200ppb 、400ppb ）作为样气用两台仪器进行测量。为了保证重复性，相同浓度的样气在不同的反应室温度下重复测量六次；每次测量更换样气时都要按仪器的要求用零气对反应室和气路进行冲洗，避免和减少残留的不同浓度的气体对测量结果的影响。同时每更换一个测量变量时都要对仪器进行零点校准和量程校准。

2 实验数据与结果[8,9]

2.1 实验数据

实验中，测量了反应室温度44℃ 47℃ 50℃ 53℃ 56℃ 59 ℃时，流量为625ml/min ，标准气体浓度分别为100ppb 200ppb 400ppb 其中测量数据及误差值为图3

所示。

(a) 测量浓度平均值随温度的变化

(b) 测量结果与标准值误差的平均值随温度的变化

图3 测量结果

2.2 数据分析与讨论

为了得到气体温度与测量结果之间的关系，