NO_2分子高灵敏度痕量探测技术研究

搭建了一台基于蓝光LED的非相干宽带腔增强吸收光谱系统,并将其应用于NO2分子的高灵敏度痕量探测研究。在3s采样时间下,系统探测灵敏度为3.2×10-9 cm-1(1σ),对应NO2的探测极限约为187pmol/mol。利用Allan方差对系统最佳采样时间及系统稳定性进行分析,当采样时间延长至30s时,系统的探测极限可提高至44pmol/mol。将该系统应用于实际大气中NO2的连续测量,其测量结果与商业化NOx分析仪(Thermo 42i)进行了比对测试。

TDLAS光学多通池痕量气体监测研究进展

可调谐二极管激光器吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,简称TDLAS)因灵敏度高、选择好、响应快而被广泛应用在环境污染气体检测、工业过程控制和医疗诊断等领域。光学多通池是提高TDLAS探测灵敏度的有效方法,本文对White型、Chernin型、Herriott型、Astigmatic型等常用光学多通池的结构、原理、优缺点和应用现状进行了分析,并根据污染气体测量的需求指出了光学多通池的未来发展方向。

MEMS痕量爆炸物传感器的探测选择性分析

利用MEMS传感器对被测物进行高选择性探测。对几种不同探测原理的MEMS痕量爆炸物传感器进行了分析与比较,指出其在选择性探测方面的不足与缺陷,提出了可提高选择性的解决方法。

GA/T 841-2021《基于离子迁移谱技术的痕量毒品/炸药探测仪通用技术要求》标准解读

解读了在防爆安检及缉毒领域广泛使用的基于离子迁移谱技术的痕量探测仪技术标准GA/T 841-2021《基于离子迁移谱技术的痕量毒品/炸药探测仪通用技术要求》,通过标准修订前后的对比分析,为读者更快、更全面理解和掌握标准提供参考。

水中痕量浓度检测技术的研究

利用表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)技术,对水下微量扩散痕迹进行分子水平级的现场快速检测,实现水下微量物质的"指纹身份"确认,准确度高,解决了现有物理探测方法特异性差、误报率高的问题。在基于SERS的基础上,提出了痕量物质探测的系统方案,详细论述了SERS基底制作、基底的可靠性设计及样品溶液检测等内容,在实验的基础上验证了该系统方案的可行性。实验结果表明,样品溶液和标准溶液之间有明显相似的频谱特征。这证明物质的拉曼散射谱具有区别于其他物质的高特异性。

痕量炸药SERS探测方法研究进展

痕量炸药探测技术在维护国家安全和开展军事行动中至关重要。随着战场排雷、反恐搜爆的迫切需求,具有分子“指纹”信息的表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)方法受到广泛关注与研究。从SERS基底设计与炸药分子吸附浓缩两个方面,全面综述了痕量炸药SERS探测方法的研究现状,对TNT和DNT炸药的最低探测极限进行了归总,这种灵敏度是其他技术难以匹敌的。最后讨论了目前SERS探测技术在实际使用中仍存在的不足,并对其研究方向和前景进行了展望,可为反恐搜爆和战场排雷行动提供技术指导。

空芯光纤光热干涉法用于痕量氨气传感研究

空芯光纤中传输光能以较高能量密度与气体分子发生长距离的相互作用,为光谱学气体传感和分析提供了高性能的平台。文章基于空芯光纤法布里珀罗干涉结构和光热光谱方法,开展了痕量氨气传感技术研究。该技术通过探测空芯光纤中的传输光在待测气体光谱吸收热效应作用下产生的相位变化来进行气体传感。使用一段长度约4 cm的空芯光子带隙光纤作为气体传感探头,在近红外光通信波段实现了吸收系数3.3×10^-7 cm^-1的痕量氨气传感系统。该系统能对波长间隔39 pm的氨气吸收事件进行有效区分,对应1532.538 nm吸收峰可达到4.93 ppmv噪声等效探测极限。这种光纤光热干涉技术具有光谱学技术的一系列固有优势,在航空航天领域的泄漏探测和气体分析等方向具备工程应用潜力。

基于7.6μm量子级联激光的光声光谱探测N2O气体

近年来,气候变化对地球的生态环境产生严重影响,而大气温室气体在气候变化中具有重要的作用.一氧化二氮(N_2O)作为一种重要的温室气体,其浓度变化对大气环境产生重要影响,因此对其浓度的探测在大气环境研究中具有重要意义.本文开展了基于中国自主研发的7.6μm中红外量子级联激光的共振型光声光谱探测N_2O的研究,建立了N_2O光声光谱传感实验系统.此系统在传统的光声光谱探测的基础上优化改进,采用双光束增强的方式,增加了有效光功率,进一步提高了系统的探测灵敏度.探测系统以1307.66 cm^(-1)处的N_2O吸收谱线作为探测对象,结合波长调制技术对N_2O气体进行探测研究.通过对一定浓度的N_2O气体在不同调制频率和调制振幅的光声信号的探测,确定了系统的最佳调制频率和调制振幅分别为800 Hz和90 mV.在最优实验条件下对不同浓度的N_2O气体进行了测量,获得了系统的信号浓度定标曲线.实验表明,在锁相积分时间为30 ms时,系统的浓度探测极限为150×10^(-9).通过100次平均后,系统噪声进一步降低,实现了大气N_2O的探测,浓度探测极限达到了37×10^(-9).

用于炸药探测的纳米分子印迹生化传感器设计

为了便捷快速地检测到TNT等炸药违禁品,介绍了一种基于纳米分子印迹的炸药探测传感器设计.以分子印迹技术的特异吸附性结合压电晶体的质电灵敏转换特性,实现对炸药的灵敏探测;同时简要介绍了检测电路的设计原理.通过实验表明该传感器可以实现对硝铵炸药里的NHO3NH4以及TNT的检测达到μg级.该传感器可设计成小巧轻便的手持设备,便于火车站、飞机场、码头等大型公共场所的安全检查.

基于SERS的海洋污染物PAHs探测传感器

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarboas,PAHs)是一种普遍存在的高危有机污染物。对PAHs的早期检测及预警具有十分重要的意义。论文提出将表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)应用于痕量多环芳烃探测技术,详细提出系统结构及基底制备方法。该系统为原位海洋环境监测、重要海域水下危险物监测提供了新思路。

基于单个量子级联激光器的大气多组分测量方法

利用单个新型中红外量子级联激光器作为激光光源,结合长程光学吸收池技术开展了大气多组分同时测量方法的研究.通过结合基于自适应性Savitzky-Golay滤波的数据处理算法,有效地提高了系统检测灵敏度和光谱分辨率.研究结果表明,在1 s的时间分辨率和1 atm压力条件下,采用二次微分探测技术可实现CO,N_2O和H_2O测量精度分别为8.20 ppb,7.90 ppb和64.00 ppm(1 ppb=10^(-9),1 ppm=10^(-6));通过提高信号平均时间,在最佳的积分时间(85 s)时,系统可实现的最小检测限分别为1.25 ppb(CO),1.15 ppb(N_2O)和35.77 ppm(H_2O).整个系统具有结构紧凑,成本相对较低,通过选择其他波段的量子级联激光器的激光光源,即可实现对其他分子的实时分析.本系统可广泛应用于大气化学等领域的应用研究.

珐珀解调的石英增强光声光谱气体探测系统

提出一种珐珀解调,适用于开放环境的全光式石英增强光声光谱气体探测系统。基于石英增强光声光谱系统,采用法珀干涉解调代替传统的电解调方式,通过拾取石英音叉的叉指侧面与光纤端面之间形成的法珀腔的腔长变化解调得到被测气体的光声光谱信号。构建了实验系统,在开放环境中完成了对空气中水蒸气的探测实验,得到其归一化噪声等效吸收系数为2.80×10-7 cm-1.W.Hz-1/2。结果表明,该探测系统的探测灵敏度是传统石英增强光声光谱探测系统的2.6倍。该系统具有极强的抗电磁干扰能力、能够用于易燃易爆气体检测、适用于高温、高湿度等恶劣环境并实现远距离多点、组网探测。

温室气体遥感探测仪器发展现状

阐述了温室气体遥感探测技术的发展历程。详细介绍了几种国外先进的高光谱分辨率温室气体遥感探测仪器的设计理念、工作方式、谱段设置和主要技术指标。综述了温室气体探测技术从综合性探测仪器到专用温室气体探测仪器的发展过程,指出了温室气体探测仪器未来发展方向,包括高光谱分辨率、高空间分辨率,宽覆盖范围,短覆盖周期以及高信噪比等。

适用于ppb量级NO_2检测的低功率蓝光二极管光声技术研究

在405 nm处基于低功率蓝光二极管光声技术探测ppb量级NO_2浓度系统,获取了NO_2有效吸收截面,探讨了水蒸气等气体的测量干扰,通过频率扫描拟合得到了1.35 kHz的谐振频率.采用内部抛光的铝制圆柱空腔作为光声谐振腔(内径为8 mm,长为120 mm),系统优化了腔体、窗片和电源等影响因素,分析了降低本底噪声、提高信噪比的方法,噪声信号可降至0.02μV.设计了两级缓冲结构,显著抑制了流量噪声的影响,提高了系统的稳定性.系统的标定梯度曲线经过线性拟合后的斜率为0.016μV/ppb, R^2为0.998,在60 s平均时间下,系统NO_2探测限为3.67 ppb(3σ).为了证实系统的测量结果,将其与二极管激光腔衰荡光谱系统同步对比测量大气NO_2浓度,二者线性拟合后的斜率为0.94±0.009,截距为1.89±0.18,相关系数为0.87,一致性较好.实验结果表明,该系统实现了ppb量级NO_2浓度的低成本在线探测,可用于NO_2浓度外场的实时检测.

多组分变压器油溶解气体的傅里叶变换红外光声光谱定量检测

油中溶解气体是表征充油型变压器早期故障的重要特征量之一,其组分和含量的高精度检测在变压器运行状态评估和故障预警中拥有重要的研究意义。光声痕量气体检测技术作为一种光学检测手段,具有无损、高检测灵敏度、大动态范围和样品无需前处理等优点,有望实现多种变压器油溶解气体的在线检测。基于傅里叶变换红外光谱仪,结合高精度T型共振光声池,建立傅里叶变换红外光声光谱检测系统,选用CO2和C2H2作为气体样品,开展多种变压油中溶解气体定量检测研究。所设计的T型共振光声池主要由相互垂直的吸收腔和共振腔构成,声探测器位于共振腔顶端远离入射光路,避免了杂散光引起的噪声对光声信号的干扰。光声池的共振频率主要由共振腔决定,共振腔与入射光路垂直,其长度不受水平面的狭窄空间的影响,故可在有限的尺寸下实现低频共振,满足光谱仪样品空间需求。实验选用380μL·L^-1 CO2∶1 000μL·L^-1 C2H2∶N2的混合气体作为待测样品,应用光谱仪中的宽谱光源,选用6 cm^-1空间分辨率,采集并分析该气体样品的红外光声谱。所有气体吸收峰清晰可见,说明该方法可完成多种气体的同时检测。在常温常压条件下, 2 349 cm^-1入射光能量仅为12.6μW时, CO2气体的检测精度为4μL·L^-1,满足国家电网公司企业标准(Q/GDW 536-2010)变压器油中溶解气体在线监测装置技术规范中在线监测装置技术指标对CO2气体最低监测极限值的要求;1 360 cm^-1入射光能量为30μW时, C2H2气体在的检测精度为5μL·L^-1,达到中华人民共和国电力行业标准变压器油中溶解气体分析和判断导则(DL/T 722-2014)中对运行中220 kV及以下的变压器和电抗器设备油中溶解气体含量C2H2含量上限的限定。实验结果表明基于T增强型光声池气体检测系统结合了傅里叶红外光谱的广谱特性和光声气体检测技术的高灵敏度,可实现多种变压器油中溶解气体的高精度定量检测,有望为变压器运行状态监测和故障类型分析评估提供理论依据。

宽带腔增强吸收光谱技术应用于痕量气体探测及气溶胶消光系数测量

基于氙灯的非相干宽带腔增强吸收光谱系统,并将其应用于痕量气体及气溶胶消光系数的测量.该系统的探测灵敏度通过测量NO_2在520—560 nm波长范围内的吸收得到验证,最小可探测灵敏度为1.8×10^(-7) cm^(-1)(1σ,0.12 s积分时间,50次平均),对应的NO_2探测极限～33 nmol/mol.结合标准气溶胶粒子发生系统,测量了不同浓度的单分散硫酸铵气溶胶粒子在532 nm波长处的消光系数,得到粒径为600 nm的硫酸铵气溶胶的消光截面为1.12×10^(-8)cm^2,与文献报道值1.167×10^(-8)cm^2相一致,验证了气溶胶测量的可行性和准确性.

T型光声池低温性能的研究与应用

通过对T型光声池内模式分布、温度分布以及边界条件的分析,建立了共振频率与温度关系的数学模型。分析了品质因子温度的关系及其影响因素。在-100～0℃范围内对光声池的温度稳定性、共振频率、系统灵敏度进行了测量和分析,结果表明,共振频率随温度的降低而减小,系统的灵敏度受温度影响较小。在-100～0℃范围内对不同浓度CO2探测的最小浓度范围为3.2～5.2mg.m-3,说明该系统可用于痕量气体探测;克服了麦克风低温下灵敏度降低的问题,为低温下进行痕量气体探测提供了一种新的研究方法。

远程增强拉曼光谱技术及其应用

远程痕量检测技术在公共安全、环境监测、军事战争等领域具有重要的应用前景。拉曼光谱作为一种分子散射光谱,具有指纹识别、无损检测等优势,在远程痕量检测中前景广阔。本文综述了远程增强拉曼光谱技术及其应用。首先,从发展历程、关键技术和技术联用等角度综合分析了远程拉曼光谱检测系统;其次,简要介绍了近场增强拉曼光谱的原理及典型增强衬底,并分析了远程增强拉曼光谱技术可能的实现途径;最后,分类介绍了远程增强拉曼光谱技术在众多领域的应用及展望。

超高分辨率光谱定标技术发展概况

介绍了高光谱分辨率光谱定标经常采用的几种技术手段,包括谱线灯法、单色准直光法、利用可调谐激光器和气体吸收池的方法等。通过对比几种国外高光谱分辨率大气痕量气体探测仪的光谱定标技术,阐述了不同光谱定标技术的原理、实施方法以及技术特点。针对大气痕量气体探测遥感器超高分辨率光谱定标的特点,指出定标设备的带宽应能达到0.001 nm的水平,同时还应考虑采取优化定标算法、结合多种光谱定标方法等措施来满足高光谱分辨率大气痕量气体探测仪光谱定标的要求。

应用于吸收型甲烷传感器的1650nm DFB激光器的研制

光学吸收法是一种工程上有效可行的检测痕量甲烷气体的方法,具有广泛地应用于构建煤矿坑道等场合的安全防护和报警系统的潜力。为实现针对甲烷气体1653nm吸收峰特性的单色光源,采用金属有机化合物化学气相沉积外延和纳米压印等技术手段,从多量子阱外延材料设计和金属有机化合物化学气相沉生长到器件封装,研制了1653nm分布反馈激光器。器件性能达到了52dB边模抑制比、14.9%的外微分斜率效率、不大于12mA的阈值电流、匹配甲烷1653nm吸收带的0.116nm@20dB光谱线宽和稳定的光学与电学特性。基于该激光器,对体积分数为0.005～0.05的甲烷气体测试误差率不大于1.3%。结果表明,该器件能够应用于基于谐波法的痕量甲烷探测工程系统,且适应于批量制造。