汞气浓度在线光谱分析技术

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汞是一种对人体具有很强毒性的金属污染物,以蒸气形式由呼吸道侵入人体,依次分布到脑、肾、肠、心、肺、呼吸道黏膜和皮肤导致对人体的伤害。自工业革命以来,汞在全球大气、水和土壤中的含量已增加了三倍左右,汞污染的不断加剧对人类健康和环境造成了极大危害。汞浓度的测定方法有很多种,但有些方法只适用于实验室测量,有些方法要求较长的取样时间,有些方法仪器体积庞大价格昂贵,因此,开发一种价格便宜、体积小、实用的汞浓度的实时在线测量方法是十分必要的。  汞的谱线有很多条,由于原子的吸收光谱仅发生在与基态相连的主线系,因此选用6s21S—6s6pP的谱线进行光谱分析,其波长为253.7nm。01以Beer-Lambert定律以及Einstein跃迁理论为基础推导出汞气浓度计算模型,根据汞原子吸收光谱的特点,建立由氘灯、光栅光谱仪、CCD探测器和微机组成汞气浓度在线光谱分析系统。  研究了汞气浓度测量过程中的一些物理现象对测量结果的影响。通过改变光束直径的大小、光通量的多少、光谱仪的积分时间,证明了这些因素对系统稳定性没有影响;在253.7nm强吸收峰处没有观察到饱和现象;发现空气粒子对汞原子的碰撞会促使汞原子跃迁,使吸收增大,因此在测量浓度时应保持空气的粒子数密度不变;得出液态汞形状对饱和浓度的影响,pr*(凸液面)>p*(平液面)>prr*(毛细管中凹液面),且曲率半径r越小,偏离程度越大。  通过不同温度下一定浓度汞蒸气的光谱分析,证明了温度对定量汞气吸收谱没有影响;通过不同温度下饱和汞气的光谱测量,建立了汞气浓度与光谱参量的关系,同时,给出了系统的检出限NL为0.032mgm-2lim,系统响应时间为10s。  该系统有望用于大气环境中以及工业车间内汞气浓度的监测,从而为大气污染防治工程提供科学依据。
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