摘要:随着现代化工业的发展，大气污染越来越严重，吸收光谱法足检测大气污染的重要手段。N02是大气污染的主要污染物之一，文章将发光二极管作为光源，选择发光光谱范围处于NOz强吸收峰位置的发光二极管，通过测量含有N 污染物的吸收光谱，利用最小二乘法，将实验得到的吸收光谱与标准谱作拟合运算，反演计算出污染物浓度。分析了检测的基本原理，研究丁光谱分析过程，包括实验光谱与标准光谱的拟合、浓度的反演计算等数据处理过程。具体利用N【)2在3O0～500 nm光谱范围内有强吸收的特点，测量了样品中N()2的浓度。实验使用发光二极管作为光源，使检测变得方便快捷，实验装置便于携带，可以随时对待测场所实现高精度的实时在线检测。
关键词吸收光谱；N()z；发光二极管
引 言
N(．)2是一种棕红色有刺激性臭味的气体。主要来自于车辆废气、火力发电站和其他工业的燃料燃烧及硝酸、氮肥、炸药的工业生产过程。NOz是一种主要的空气污染物，是形成光化学烟雾的主要因素之一，也是酸雨的来源之一，具有腐蚀性和生理刺激作用，对人体健康危害很大。大气中氮氧化物和N()2的检测方法有很多，主要分为非光学法和光学法两类，前者有电化学法、气象色谱法、质谱法等，后者是利用光与污染物分子的相互作用机理进行检测，如红外吸收法、拉曼光谱法、紫外荧光法、激光光生法等LI。
本文使用吸收光谱法，首次将发光二极管作为光源，选择发光光谱范围处于N02强吸收峰位置的发光二极管，通过测量含有NO2污染物的吸收光谱[ “]，反演计算出污染物浓度，该方法具有时问短、精度高、实时监控、方便快捷的特点。
1 实验
实验装置如图1所示，根据N()2在300~500 nm间有较强的吸收峰(如图2所示)，本实验采用的光源是蓝光发光二极管，波长范围420~520 nm(~l图3所示)，发光二极管的1 作电压为19 V，吸收池长度为,20 cm，透镜焦距4．5cm，光谱仪为北京卓立汉光生产的SBP500型光栅光谱仪，光谱分辨率为0．05 nrfl，探测器为光电倍增管，加入高压457V。数据测试分析系统由数据采集卡和计算机组成。为了将标准谱线的精度降低为实验室系统的精度，在实验室系统下测量了汞灯的光谱线，如图4，将实验室汞灯谱线和标准谱做卷积可以获得与实验室精度相同的标准光谱。通过真空系统抽真空后，经流量计将一定比例的N02气体充入吸收池内，制成气体样品，图5是样品的吸收光谱，图中实线为人射强度L，虚线为出射强度I(穿过样品池，被NO2吸收后的光强)。
2 结果与分析
光源发出强度为L 的光，经过一定距离的传输后，由于各种大气气体分子对其不同的差分吸收，使其光谱的强度和结构都会发生相应的改变，设出射强度变为j，f和Jo之间的关系可由Lambert—Beer定律得出l】 ”
1(／1)一Io(／1)exp{ [一ai( )一 ( )一1ER( )——EM( )]NL}+B( ) (1)
这里， 表示波长，o'i(．=【)是所测第i种气体的分子窄带吸收截面， ( )则是宽带吸收截面，它们的单位是ClTI2，Ni是第i种气体的浓度，L表示光程， 是所测气体的种类数，一般为2～10，eR(J：I)和￡ ( )则分别是瑞利散射系数和米散射系数，它们随波长作慢变化，B(／1)是各种噪声之和，将(1)式进行处理，并消除瑞利散射，米散射，探测器响应，各种气体的宽带吸收以及光源本身所引起的宽带光谱结构等。利用最小二乘法进行数据处理，就可得出各种气体浓度 的值[19,20]。
图6为将光谱进行多项式拟合后所得。通过将光谱进行多项式拟合，(这里取5次拟合)即可去掉慢变部分，最后得到NO2的差分吸收截面(如图7)。根据N02的吸收截面，可求出N02气体的浓度。
C— ln[Io( )／I(／1)]／a(／1)L (2)
3 结论
采用实际吸收光谱与标准吸收截面相拟合的方法对污染气体进行检测，不受光源发光强度的变化和环境干扰等因素的影响，可以由实验室取样测量推广到埘现场进行长程吸收光谱的实时测量，进而叮实现舴接触性的实时在线检测，提高测量精度。采用发光二极管作为光源，使测量变得简单、快捷同时降低了检测成本。