专利名称：气态物质的分析装置及方法
技术领域：
本发明涉及二氧化硫的检测，特别涉及利用紫外荧光检测技术去检测气态物质的装置和方法。
背景技术：
二氧化硫是一种无色的有毒气体，浓度较低时没有气味，在浓度达到约1. 5mg/m3 时会出现刺鼻味。二氧化硫主要来源为石油、煤炭中含有的硫燃烧后转变为二氧化硫排入大气。二氧化硫是空气中的一种主要污染成分，据报道，中国目前每年因二氧化硫和酸雨污染，对生态环境和人体健康影响造成的经济损失在1100亿元人民币左右。人在吸收二氧化硫后可使呼吸系统功能受损，加重已有的呼吸系统疾病及心血管病。对易受影响人群，除肺部功能改变外，还伴有一些如喘气、气促、咳嗽等明显症状，并由此导致死亡率上升。近年来，对二氧化硫等有害气体污染的控制，治理力度越来越大，这其中准确、及时的检测手段是治理污染的前提。汞是剧毒的物质，即使环境中的汞含量很低，也会通过食物链累积到人体中，从而危害人体健康。因此，需要检测大气(或烟气)中的汞含量。目前，通常采用紫外荧光分析技术检测空气中的气态物质，如二氧化硫、气态汞。 紫外荧光分析技术具有测量精度高、灵敏度高、测量值稳定、仪器维护量小、可进行连续自动在线监测等优点。所述紫外荧光技术的原理为待测气态物质的分子接受特定波长紫外线能量成为激发态，激发态分子在返回低能态时会产生特征荧光，通过测量特征荧光的强度来确定待测气态物质的浓度。图1示意性地给出了中国专利CN2722239Y中二氧化硫分析装置的基本结构图，如图1所示，所述分析装置包括紫外光源1、反应室5、光电倍增管4、参考探测器6以及信号处理单元，在所述反应室5上设置有进气口 2、出气口 3。参考探测器6设置在光源11发出的测量光的光路上，用于检测光源11的变化，输出端连接信号处理单元，但随之带来了影响测量的杂散光。为了减少反应室5内杂散光对测量的影响，反应室5的侧部设置成锥形结构。该分析装置的工作过程为紫外光源1发出的测量光射入所述反应室5内，反应室5内待测气体中的二氧化硫被所述测量光激发并发出荧光，所述光电倍增管4接收所述荧光， 并转换为电信号，信号处理单元处理所述电信号、参考探测器传送来的光源1的光强，从而获知待测气体中二氧化硫的含量。专利JP7-318427、EP0281963公开了和上述分析装置类似的装置。上述技术方案主要有以下不足1、由于荧光处于紫外波段，而且很微弱，因此上述技术方案都是通过光电倍增管检测，而光电倍增管价格昂贵，易损坏。2、锥形结构仅在一定程度上减小了杂散光对测量的影响，但还无法完全避免。 发明内容
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供一种成本低、测量准确度高的二氧化硫分析装置，还提供了一种运行成本低、测量准确度高的二氧化硫的分析方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的气态物质的分析装置，所述分析装置包括光源，所述光源发出的测量光射入反应室内；反应室，所述反应室内的待测气态物质被所述测量光激发，发出紫外荧光；气体置换模块，包括设置在所述反应室上的进气口和出气口 ；光转换模块，所述光转换模块用于将所述紫外荧光转换为可见光或近红外光；第一探测器，所述第一探测器用于将接收到的所述可见光或近红外光转换为电信号，并传送到信号处理单元；信号处理单元，所述信号处理单元用于利用所述光转换模块的转换效率处理接收到的所述电信号，从而得出所述待测气态物质的含量。根据上述的分析装置，所述测量光中包含对应于待测气态物质的吸收谱线的波长。根据上述的分析装置，所述分析装置进一步包括第二探测器，用于直接测量所述光源的光强；所述第二探测器设置所述光源的侧部，输出端连接所述信号处理单元。根据上述的分析装置，所述待测气态物质是二氧化硫或气态汞。根据上述的分析装置，优选地，所述第一探测器采用APD、PIN管。根据上述的分析装置，所述光转换模块设置在测量光路的侧部。根据上述的分析装置，优选地，所述光转换模块采用稀土或铝酸盐材料。本发明的目的还通过以下技术方案得以实现一种二氧化硫的分析方法，所述分析方法包括以下步骤(Al)光源发出的测量光进入反应室内；(A2)反应室内的待测气态物质被所述测量光激发，发出紫外荧光；(A3)所述紫外荧光被光转换模块转换为可见光或近红外光；(A4)第一探测器将接收到的所述可见光或近红外光转换为电信号，并传送到信号处理单元；(A5)信号处理单元利用所述光转换模块的转换效率处理接收到的所述电信号，从而获知待测气态物质的含量。根据上述的分析方法，第二探测器直接测量所述光源出射的光强，并传送到所述
信号处理单元。根据上述的分析方法，所述测量光的波长包含对应于待测气态物质的吸收谱线。根据上述的分析方法，所述吸收谱线处于紫外波段。根据上述的分析方法，优选地，所述第一探测器采用APD、PIN。根据上述的分析方法，优选地，所述光转换模块采用稀土或铝酸盐材料。与现有技术相比，本发明具有的有益效果为1、通过转换，是紫外荧光转换为可见光或近红外管，从而使用APD、PIN等常规的低成本探测器的应用成为现实；
2、第二探测器设置在光源的一侧，可直接检测光源出射光的强度，完全避免了因其安装位置带来的杂散光对测量的影响，提高了测量的准确度。


参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。 图中图1是现有技术中二氧化硫分析装置的基本结构图；图2是根据本发明实施例1的气态物质的分析装置的基本结构图；图3是根据本发明实施例1的气态物质的分析方法的流程图。
具体实施例方式图2-3和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。实施例1 图2示意性地给出了本发明实施例的气态物质的分析装置的基本结构图。如图2 所示，所述分析装置包括光源11，所述光源发出的测量光射入反应室21内，所述测量光包含的波长对应于待测气态物质(如二氧化硫、气态汞等)的吸收谱线。所述光源11可采用紫外灯、激光器寸。反应室21，所述反应室21内容纳待测气态物质，待测气态物质被所述测量光激发出紫外荧光。所述反应室21上设置有窗口片41、42，便于所述测量光的入射和出射，同时用于隔离反应室21和外界。气体置换模块，包括设置在所述反应室上的进气口 31和出气口 32，从而不断置换所述反应室21内的待测气态物质。光转换模块51，该光转换模块51设置在测量光路的侧部，用于将所述紫外荧光转换为可见光或近红外光。所述光转换模块51可采用稀土或铝酸盐材料，光转换效率可达 90%。第一探测器61，所述第一探测器61用于将接收到的所述可见光或近红外光转换为电信号，并传送到信号处理单元。所述第一探测器61采用APD、PIN等较便宜的光电探测
ο优选地，第二探测器81设置在所述光源11的侧部，用于直接检测光源11出射光的强度，并传送到所述信号处理单元71。信号处理单元71，所述信号处理单元71利用荧光分析技术、光转换模块的转换效率处理所述电信号，从而获知反应室内待测气态物质的含量。图3示意性地给出了本发明实施例的气态物质的分析方法的流程图。如图3所示，CN 102539402 A
所述分析方法包括以下步骤(Al)光源发出的测量光进入反应室内；所述测量光包含的波长对应于待测气态物质(如二氧化硫、气态汞等)的吸收谱线。所述光源可采用紫外灯、激光器等(A2)反应室内的待测气态物质被所述测量光激发，发出紫外荧光；(A3)所述紫外荧光被光转换模块转换为可见光或近红外光；所述光转换模块可采用稀土或铝酸盐材料，光转换效率可达90%。(A4)第一探测器将接收到的所述可见光或近红外光转换为电信号，并传送到信号处理单元；优选地，设置在所述光源的侧部的第二探测器直接检测光源出射光的强度，并传送到所述信号处理单元。(A5)信号处理单元利用荧光分析技术、光转换模块的转换效率处理接收到的所述电信号，从而获知待测气态物质(如二氧化硫、气态汞等)的含量。根据本发明实施例达到的益处在于由于将紫外荧光转换为可见光或近红外光， 从而能适用APD、PIN等常规的便宜的光电探测器，有效地降低了分析装置的成本以及分析方法的运行成本。第二探测器设置在光源的侧部，直接检测光源出射光的强度，完全避免了因安装位置所带来的杂散光对测量的影响。实施例2 根据本发明实施例1的分析装置和方法在大气中二氧化硫检测中的应用例。光源采用氙灯或汞灯或氘灯，所述光源发出的测量光的波长包括对应于二氧化硫吸收谱线的波长，如214nm。二氧化硫被测量光中波长为214nm的光激发出荧光，该荧光的波长为330nm。 采用稀土材料，将所述荧光转换为波长为红色可见光，并采用APD检测该可见光。实施例3 根据本发明实施例1的分析装置和方法在大气中气态汞检测中的应用例。光源采用氙灯或汞灯或氘灯，所述光源发出的测量光的波长包括对应于气态汞的吸收谱线的波长，如254nm。气态汞被测量光中波长为254nm的光激发出荧光，该荧光的波长为254nm。采用铝酸盐此案料将所述荧光转换为波长为红色的可见光，并采用PIN检测该可见光。
权利要求
1.气态物质的分析装置，所述分析装置包括 光源，所述光源发出的测量光射入反应室内；反应室，所述反应室内的待测气态物质被所述测量光激发，发出紫外荧光； 气体置换模块，包括设置在所述反应室上的进气口和出气口； 光转换模块，所述光转换模块用于将所述紫外荧光转换为可见光或近红外光； 第一探测器，所述第一探测器用于将接收到的所述可见光或近红外光转换为电信号， 并传送到信号处理单元；信号处理单元，所述信号处理单元用于利用所述光转换模块的转换效率处理接收到的所述电信号，从而得出所述待测气态物质的含量。
2.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于所述分析装置进一步包括第二探测器，用于直接测量所述光源出射的光强；所述第二探测器设置在所述光源的侧部，输出端连接所述信号处理单元。
3.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于所述第一探测器采用APD、PIN管。
4.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于所述待测气态物质是二氧化硫或气态萊。
5.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于所述光转换模块采用稀土或铝酸盐材料。
6.气态物质的分析方法，所述分析方法包括以下步骤 (Al)光源发出的测量光进入反应室内；(A2)反应室内的待测气态物质被所述测量光激发，发出紫外荧光； (A3)所述紫外荧光被光转换模块转换为可见光或近红外光；(A4)第一探测器将接收到的所述可见光或近红外光转换为电信号，并传送到信号处理单元；(A5)信号处理单元利用所述光转换模块的转换效率处理接收到的所述电信号，从而获知所述待测气态物质的含量。
7.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于第二探测器直接测量所述光源出射的光强，并传送到所述信号处理单元。
8.根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于所述测量光的波长包含对应于待测气态物质的处于紫外波段的吸收谱线。
9.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于所述第一探测器采用APD、PIN。
全文摘要
本发明提供了一种气态物质的分析装置，所述分析装置包括光源，所述光源发出的测量光射入反应室内；反应室，所述反应室内的待测气态物质被所述测量光激发，发出紫外荧光；气体置换模块，包括设置在所述反应室上的进气口和出气口；光转换模块，所述光转换模块用于将所述紫外荧光转换为可见光或近红外光；第一探测器，所述第一探测器用于将接收到的所述可见光或近红外光转换为电信号，并传送到信号处理单元；信号处理单元，所述信号处理单元用于利用所述光转换模块的转换效率处理接收到的所述电信号，从而得出所述待测气态物质的含量。本发明具有测量准确度高、成本低的等优点。
文档编号G01N21/64GK102539402SQ20111046161
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者叶华俊, 叶显君, 张良, 王健, 黄伟 申请人:杭州聚光环保科技有限公司, 聚光科技(杭州)股份有限公司