可调谐半导体激光吸收光谱技术

第25卷 第15期 2005年8月 中 国 电 机 工 程 学 报

Proceedings of the CSEE Vol.25 No.15 Aug. 2005

©2005 Chin.Soc.for Elec.Eng.

文章编号：0258-8013（2005）15-0121-06 中图分类号：TK314 文献标识码：A 学科分类号：470 20

利用可调谐半导体激光吸收光谱技术对

气体浓度的测量

李 宁，王 飞，严建华，马增益，岑可法

（浙江大学能源洁净利用与环境工程教育部重点实验室，浙江省 杭州市 310027）

THE TUNABLE DIODE LASER ABSORPTION SPECTROSCOPY FOR GAS

CONCENTRATION MEASUREMENT

LI Ning, WANG Fei, YAN Jian-hua, MA Zeng-yi, CEN Ke-fa

（Zhejiang University, Clean Energy and Environment Engineering Key Laboratory of Ministry of Education,

Hangzhou 310027, Z

光学技术第３７卷第２期Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．２

２０１１年３月ＯＰＴＩＣＡＬＴＥＣＨＮＩＱＵＥＭａｒｃｈ０１１　　　　　２

（）１００２１５８２２０１１０２０２４１０４　　文章编号：－－－

可调谐激光吸收光谱法与气相色

谱法监测甲烷的对比研究

＊

王敏１，张玉钧２

（）１．安徽建筑工业学院，合肥２３００２２

（）２．中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，合肥２３００３１

摘　要：甲烷是一种重要的温室气体，它对大气中温室效应的贡献仅次于二氧化碳。针对环境空气中甲烷的测定，从测量原理、测量过程和测量装置等方面比较了可调谐二极管激光吸收光谱和气相色谱法两种测量方法。结果表明用上述两种方法测得的甲烷的日变化趋势具有良好的一致性。相比较而言，后者造价更低，并且更方便。

关

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词：可调谐激光吸收光谱；气相色谱法；ＣＨ４

中图分类号：Ｏ４３３．１　　　文献标识码：Ａ

ＣｏｍａｒｉｓｏｎｏｆＣＨｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｔｕｎａｂｌｅｄｉｏｄｅｌａｓｅｒ　　　　　４ｄｐｙ　ａｂｓｏｒｔｉｏｎａｓｓｅｃｔｒｏｓｃｏａｎｄｃｈｒｏｍａｔｏｒａｈ　　　ｐｇｐｐｙｇｐ　

１２

，ＷＡＮＧＭｉｎＺＨＡＮＧＹｕｕｎ　　ｊ

（，Ｈ）１

光学技术第３７卷第２期Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．２

２０１１年３月ＯＰＴＩＣＡＬＴＥＣＨＮＩＱＵＥＭａｒｃｈ０１１　　　　　２

（）１００２１５８２２０１１０２０２４１０４　　文章编号：－－－

可调谐激光吸收光谱法与气相色

谱法监测甲烷的对比研究

＊

王敏１，张玉钧２

（）１．安徽建筑工业学院，合肥２３００２２

（）２．中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，合肥２３００３１

摘　要：甲烷是一种重要的温室气体，它对大气中温室效应的贡献仅次于二氧化碳。针对环境空气中甲烷的测定，从测量原理、测量过程和测量装置等方面比较了可调谐二极管激光吸收光谱和气相色谱法两种测量方法。结果表明用上述两种方法测得的甲烷的日变化趋势具有良好的一致性。相比较而言，后者造价更低，并且更方便。

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词：可调谐激光吸收光谱；气相色谱法；ＣＨ４

中图分类号：Ｏ４３３．１　　　文献标识码：Ａ

ＣｏｍａｒｉｓｏｎｏｆＣＨｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｔｕｎａｂｌｅｄｉｏｄｅｌａｓｅｒ　　　　　４ｄｐｙ　ａｂｓｏｒｔｉｏｎａｓｓｅｃｔｒｏｓｃｏａｎｄｃｈｒｏｍａｔｏｒａｈ　　　ｐｇｐｐｙｇｐ　

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，ＷＡＮＧＭｉｎＺＨＡＮＧＹｕｕｎ　　ｊ

（，Ｈ）１

光学技术第３７卷第２期Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．２

２０１１年３月ＯＰＴＩＣＡＬＴＥＣＨＮＩＱＵＥＭａｒｃｈ０１１　　　　　２

（）１００２１５８２２０１１０２０２４１０４　　文章编号：－－－

可调谐激光吸收光谱法与气相色

谱法监测甲烷的对比研究

＊

王敏１，张玉钧２

（）１．安徽建筑工业学院，合肥２３００２２

（）２．中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，合肥２３００３１

摘　要：甲烷是一种重要的温室气体，它对大气中温室效应的贡献仅次于二氧化碳。针对环境空气中甲烷的测定，从测量原理、测量过程和测量装置等方面比较了可调谐二极管激光吸收光谱和气相色谱法两种测量方法。结果表明用上述两种方法测得的甲烷的日变化趋势具有良好的一致性。相比较而言，后者造价更低，并且更方便。

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词：可调谐激光吸收光谱；气相色谱法；ＣＨ４

中图分类号：Ｏ４３３．１　　　文献标识码：Ａ

ＣｏｍａｒｉｓｏｎｏｆＣＨｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｔｕｎａｂｌｅｄｉｏｄｅｌａｓｅｒ　　　　　４ｄｐｙ　ａｂｓｏｒｔｉｏｎａｓｓｅｃｔｒｏｓｃｏａｎｄｃｈｒｏｍａｔｏｒａｈ　　　ｐｇｐｐｙｇｐ　

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，ＷＡＮＧＭｉｎＺＨＡＮＧＹｕｕｎ　　ｊ

（，Ｈ）１

原子吸收光谱仪的安装、验收和维护

第一节 仪器的安装和调整

一、 安装场地的要求

1． 环境

实验时应设置在无强磁场和热辐射的地方，不宜建在会产生剧烈振动的设备和车间附近。实验室内应保持清洁。温度应保持在10?30?C，空气相对湿度应小于80％。仪器应避免日光直射、烟尘、污浊气流及水蒸气的影响，防止腐蚀气体的干扰 2． 实验台

应坚固稳定，台面平整。为便于操作与维修，实验台四周应留出足够的空间。 3． 排气罩

原子吸收分光光度计的上方必须准备一个通风罩，使燃烧器产生的燃烧气体能顺利排。 4． 电源

各个品牌的原子吸收分光光度计以及其各种附件容许的电压范围和功率都有所不同，使用前务必按照说明书的要求进行配置。一般要求为：采用三相供电系统。一相供主机、计算机和打印机。电压为220V?10%,最要接到一个大于1kVA的稳压电源。另一相为石墨炉电源，电流一般为150?300A，不必通过稳压电源，可直接供电。第三相用于空气压缩机、空调和排风设备。为保证仪器具有良好的稳定性和操作安全。，仪器的地线最好接到一块直接埋入地下1m深处的金属板上。 5． 冷却水

最好配备水循环设备,用水质较硬的自来水容易在石墨炉腔体内结水垢。 6． 供气

供气钢瓶不应放在仪器房

第九章紫外吸收光谱1. 试简述产生吸收光谱的原因. 基本要点：

1. 分子吸收光谱 ；

2. 有机化合物的紫外吸收光谱 ； 3. 无机化合物的紫外吸收光谱 ； 4. 溶剂对紫外吸收光谱的影响 ; 5. 紫外吸收光谱的应用等 .

利用紫外吸收光谱进行定量分析的由来已久，公元60年古希腊已知道利用

五味子浸液来估计醋中铁的含量。这一古老的方法由于最初是运用人的眼睛来进行检测，所以叫比色法。20世纪30年代产生了第一台光电比色计，40年代出现的 BakmanUV 分光光度计, 促进了新的分光光度计的发展。随着计算机的发展，紫外分光光度计已向着微型化﹑自动化﹑在线和多组分同时测定等方向发展。

第一节 分子吸收光谱

Molecular Absorption Spectroscopy

一、分子内部的运动及分子能级

前面讲的AAS和AES都属与原子光谱，是由原子中电子能级跃迁所产生的。原子光谱是由一条一条的彼此分离的谱线组成的线状光谱。

分子光谱比原子光谱要复杂得多。这是由于在分子中，除了有电子相对于原子核的运动外，还有组成分子的各原子在其平衡位置附近的振动，以及分子本身绕其重心的转动。如果考虑三种运动形式之间的相互作用，则

第十章第一节

紫外-可见 分光光度法

光学分析概论

光学分析法是基于能量作用于物质后产生电磁辐射信号或电 磁辐射与物质相互作用后产生辐射信号的变化而建立起来的 一类分析方法。

一、电磁辐射和电磁波谱 二、光学分析法的分类 三、光谱法仪器——分光光度计

一、电磁辐射和电磁波谱1.电磁辐射(电磁波，光) :以巨大速度通过空间、 不需要任何物质作为传播媒介的一种能量2.电磁辐射的性质：具有波、粒二向性 波动性：

c

,

1

粒子性：光可以被看作具有一定能量的粒子流 , 这种粒子 称为光子或光量子

E h h

c

λ 越大,波动性越明显; E越大, 粒子性越明显

续前

3.电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称~。γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波10-4 ~0.001 10nm 400nm 780nm 0.1cm 10cm 104cm

波长 高能辐射区 γ射线 能量最高，来源于核能级跃迁 χ射线 来自原子或分子内层电子能级的跃迁 光学光谱区 紫外光 来自原子或分子外层电子能级的跃迁 可见光 红外光 来自分子振动和转动能级的跃迁 波谱区 微波 来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁 无线电波 来自原子核自旋能级的跃迁 长

二、光学分

实验八 紫外吸收光谱测定蒽醌 粗品中蒽醌的含量和摩尔吸收系数ε

实验目的

1．学习应用紫外吸收光谱进行定量分析方法及ε的测定方法； 2．掌握测定粗蒽醌试样时测定波长的选择方法。 基本原理

利用紫外吸收光谱进行定量分析，同样须借助郎伯—比耳定律，而选择合适的测定波长是紫外吸收光谱定量分析的重要环节。在蒽醌粗品中含有邻苯二甲酸酐，它们的紫外吸收光谱如图10-6所示，

图10-6 蒽醌和邻苯二甲酸酐的紫外线吸收光谱

恩醌在波长251nm处有一强烈吸收蜂（ε4.6×10），在波长323nm处有一中等强度的吸收蜂（ε4.7×10）。若考虑测定灵敏度，似应选择251nm作为测定恩醌的波长，但是在251nm波长附近有一邻苯二甲酸酐的强烈吸收峰λmax224nm（ε3.3×10）,测定

4

3

4

将受到严重干扰。而在323波长处邻苯二甲酸酐却无吸收，为此选用323nm波长作为蒽醌定量分析的测定波长更为合适。

摩尔吸光系数ε是吸收光度分析中的一个重要参数，在吸收蜂的最大吸收波长处的ε，既可用于定性鉴定，也可用于衡量物质对光的吸收能力，且是衡量吸光度定量分析方法灵敏程度的重要指标，其值通常利用求取标准曲线斜率的方法求得。 一、仪器

730G型紫外—可见光

第四章、原子吸收光谱分析法

1 选择题

1-1 原子吸收光谱是 ( A )

A. 基态原子吸收特征辐射后跃迁到激发态所产生的

B. 基态原子吸收了特征辐射跃迁到激发态后又回到基态时所产生的 C. 分子的电子吸收特征辐射后跃迁到激发态所产生的 D. 分子的振动、转动能级跃迁时对光的选择吸收产生的 1-2 原子发射光谱与原子吸收光谱产生的共同点在于.( D ) A. 基态原子对共振线的吸收 B. 激发态原子产生的辐射

C. 辐射能使气态原子内层电子产生跃迁 D. 辐射能使气态原子外层电子产生跃迁 1-3 在原子吸收分光光度计中，目前常用的光源是 ( C ) A. 火焰 B. 氙灯 C. 空心阴极灯 D. 交流电弧 1-4 空心阴极灯内充的气体是 ( D )

A. 大量的空气 B. 少量的空气 C. 大量的氖或氩等惰性气体 D. 少量的氖或氩等惰性气体

1-5 空心阴极灯的主要操作参数是 ( C )

A. 内充气体的压力 B. 阴极温度 C. 灯电流 D. 灯电压

1-6 在原子吸收光谱中，用峰值吸收代替积分吸收的条件是 （ B ） A 发射线半宽度比吸收线的半宽度小

B

第四章、原子吸收光谱分析法

1 选择题

1-1 原子吸收光谱是 ( A )

A. 基态原子吸收特征辐射后跃迁到激发态所产生的

B. 基态原子吸收了特征辐射跃迁到激发态后又回到基态时所产生的 C. 分子的电子吸收特征辐射后跃迁到激发态所产生的 D. 分子的振动、转动能级跃迁时对光的选择吸收产生的 1-2 原子发射光谱与原子吸收光谱产生的共同点在于.( D ) A. 基态原子对共振线的吸收 B. 激发态原子产生的辐射

C. 辐射能使气态原子内层电子产生跃迁 D. 辐射能使气态原子外层电子产生跃迁 1-3 在原子吸收分光光度计中，目前常用的光源是 ( C ) A. 火焰 B. 氙灯 C. 空心阴极灯 D. 交流电弧 1-4 空心阴极灯内充的气体是 ( D )

A. 大量的空气 B. 少量的空气 C. 大量的氖或氩等惰性气体 D. 少量的氖或氩等惰性气体

1-5 空心阴极灯的主要操作参数是 ( C )

A. 内充气体的压力 B. 阴极温度 C. 灯电流 D. 灯电压

1-6 在原子吸收光谱中，用峰值吸收代替积分吸收的条件是 （ B ） A 发射线半宽度比吸收线的半宽度小

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