高时间分辨光学传感器监测大气中氮氧化物的研究

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氮氧化物(NOx),主要包括二氧化氮(N02)和一氧化氮(NO),是常见的大气污染物,对生态环境及人类健康存在严重的危害。随着工业的发展及运输的流动性,经化石燃料燃烧排放到大气中的NOx越来越多。因此,高时间分辨监测大气中的NOx对于提高和控制空气质量非常重要。在本研究中,根据Griess-Saltzman(G-S)反应搭建了一套便携,快速的光学传感器用于监测城市大气中的NOx。NO2光学传感器由进样系统和检测系统两部分组成。五个电磁三通选择阀和一段PTFE管构成气体进样系统。充满G-S显色液,覆盖同轴管套的多孔聚丙烯膜管作为气体渗透和检测系统。它的两端通过光纤分别连接一个绿色的光电二极管作为光源和一个光电检测器作为光学信号接收器。本论文系统地研究了监测大气中NO2的操作条件,分析了气体流动速率、显色液浓度对NO2检测的影响。在最佳实验条件下,进样体积200 mL,本装置对于检测NO2的检出限为5.09 ppbv,日内精密度为4.1%,日间精密度为5.7%,分析时间为4 min,线性范围可达到700 ppbv。当分析室外空气中的NO2时,本装置展现出与国标法可比较的准确度,通过连续监测城市大气中的NO2评估了其稳定性和应用潜力。除此之外,本装置成功实现了原位、实时监测城市大气中的 NO2。此外,通过在NO2进样系统前固定酸性高锰酸钾氧化装置构建了 NO光学检测平台,并探讨了酸性高锰酸钾氧化效率对NO检测的影响。在最佳实验条件下,进样体积200 mL,本装置对于检测NO的检出限为1.62 ppbv,精密度为2.7%,线性范围可达到1000 ppbv。应用此装置检测了汽车尾气以及城市大气中的NO,并验证了其用于NO检测的准确性。本研究中所搭建的NOx光学传感器集中了气体采集与检测,所需样品体积少,具有一小时检测15次的高时间分辨率特性,结果表明此装置用于NOx的日常分析是实用的,可行的。
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