CN113155793A - 一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，包括反应室，反应室的侧面安装有激发光源模块、光电池模块、光子计数模块，激发光源模块发出激发光，激发光经过反应室内部使反应室中通入的待测气体中的二氧化硫受激发产生荧光，由光子计数模块检测荧光强度，由光电池模块吸收激发光以及检测激发光强度。本发明可实现二氧化硫浓度检测，能够在更短的时间内输出二氧化硫浓度检测结果，不易受到环境变化和杂散光的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化硫浓度检测装置领域，具体是一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置。
背景技术
随着经济与社会工业的迅速发展，导致环境污染越来越严重，大气环境问题也普遍受到越来越多的关注。因此保护和检测大气环境对人类社会、经济的发展及保障人体健康越来越重要。目前我国规定空气质量必须依据的三项污染物为：二氧化氮、二氧化硫、可吸入悬浮颗粒物(漂尘)。它是根据我国城市污染情况以及现有技术水平而定的。
二氧化硫(SO2-)是最常见的硫氧化物。无色带有强烈的刺激性气味。空气中二氧化硫经过阳光照射易氧化成三氧化硫，三氧化硫与水蒸气结合可生成硫酸雾，硫酸雾凝聚成酸雨；酸雨会导致土壤酸化，建筑物表面水泥溶解等。二氧化硫还会对人体呼吸道粘膜和眼睛产生强烈刺激性作用。
目前国内的二氧化硫主要检测方法有分光光度法、电导法、库伦滴定法、火焰光度法以及紫外荧光法等等；其中紫外荧光法具有更高的灵敏度，测量范围更大等优点。针对传统的基于紫外荧光法的二氧化硫浓度定量检测装置而言，探测荧光都是使用PMT(光电倍增管)；PMT对于环境温度变化要求很严格，测量输出易受到干扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，以解决现有技术使用PMT(光电倍增管)探测荧光的二氧化硫检测装置存在的PMT(光电倍增管)温度难以控制、输出易受干扰的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：包括反应室，由外部向反应室中通入待检测气体，所述反应室的一侧安装有激发光源模块，激发光源模块所在一侧相对的反应室一侧安装有光电池模块，激光光源模块所在一侧相邻的反应室一侧安装有光子计数模块，所述激发光源模块向对侧的光电池模块发出激发光，激发光经过反应室内部使反应室中通入的待测气体中的二氧化硫受激发产生荧光，由所述光子计数模块检测所述荧光强度，并由光电池模块吸收激发光以及检测激发光强度。
所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述的激发光源模块包括激发光源、光源底座、平凸透镜底座、滤光准直器件；所述平凸透镜底座内部中空，平凸透镜底座一端连通安装于反应室对应侧，光源底座固定于平凸透镜底座另一端；所述的激发光源为闪烁氙灯，激发光源安装于光源底座，光源底座设有通光口与平凸透镜底座内部连通，激发光源的光出射端朝向通光口；所述的滤光准直器件包括安装于平凸透镜底座内部的光阑、第一窄带滤光片、平凸透镜，光阑、第一窄带滤光片、平凸透镜依次位置激发光源出射的激发光光路上，由激发光源出射的激发光经光阑限束、第一窄带滤光片滤光、平凸透镜准直后入射至反应室内。
所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述的第一窄带滤光片的中心波长为214nm，截至深度优于OD4@200-1200nm。
所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述的平凸透镜底座内壁加工有左旋75°直角三角形消光螺纹。
所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述的光子计数模块包括光子计数器、计数器转换板、双凸透镜底座、第二窄带滤光片、双凸透镜；所述双凸透镜底座、计数器转换板内部分别中空，双凸透镜底座一端连通安装于反应室对应侧，计数器转换板一侧连通固定于双凸透镜底座另一端，光子计数器的探测框固定于计数器转转板另一侧，所述第二窄带滤光片、双凸透镜分别安装于双凸透镜底座中；反应室内产生的荧光经第二窄带滤光片滤光后，再通过双凸透镜会聚后穿过计数器转换板并入射至光子计数器的探测框。
所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述的第二窄带滤光片的中心波长为330nm。
所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述的双凸透镜底座与反应室连通处安装有遮光板，遮光板部分遮挡第二窄带滤光片。
所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述的光电池模块包括筒状的光电池底座，以及光电池固定座，所述的光电池底座内部加工为锥形消光孔，左旋75°直角三角形消光螺纹，所述光电池底座一端连通安装于反应室对应侧，光电池固定座固定于光电池底座另一端，且光电池固定座朝向光电池底座内的一面设置有光电池，由光电池接收通过反应室内的激发光。
所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述光子计数模块所在一侧相对的反应室一侧设为敞口，敞口处盖合安装有反应室盖板，反应室盖板朝向反应室内的内壁设置有角反射器，由角反射器将进入反应室内的激发光的散射部分反射至光电池模块。
所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述平凸透镜底座内壁、反应室内壁、双凸透镜底座内壁、反应室盖板内壁分别设有特氟龙涂层。
本发明可测量待检测气体中二氧化硫受激发产生的荧光强度，根据荧光强度和二氧化硫浓度之间线性相关关系可得到待检测气体中二氧化硫浓度。
本发明中，激发光源模块与光子计数模块安装位置互相垂直，能够最大限度减小激发光对光子计数器的干扰。
本发明中，平凸透镜底座、反应室盖板、反应室、双凸透镜底座等光路经过结构的内壁均有特氟龙涂层，能够减少杂散光的镜面反射。
本发明中，光电池模块中光电池底座内设置为锥形消光孔，在消光孔表面设置有左旋75°直角三角形消光螺纹，能够有效的抑制杂散光。
本发明中，激发光源模块中的平凸透镜底座内壁设置有左旋75°直角三角形消光螺纹，能够有效抑制杂散光。
本发明中，反应室盖板安装的角反射器能够将散射的激发光反射至光电池模块，进而降低杂散光对光子计数模块的干扰。
本发明中，双凸透镜底座与反应室连通处安装有遮光板，遮光板高度满足部分遮挡第二窄带滤光片，能够有效去除激发光对光子计数器的影响。
本发明中，在反应室四周设置有加热板，使用加热板对反应室内部待检测气体进行加热，对比传统的加热棒加热方式能够更均匀的加热反应室内的待测气体。
本发明中，反应室和各个模块中部分由金属材料制成，部分由黑色塑料材料制成。各个模块与反应室连通处、每个模块自身各个部件连通处分别设置黑色硅胶O型全，能够保证遮光性和气密性。
与现有技术相比，本发明的优点为：本发明通过光子计数方式检测二氧化硫受激发产生的荧光强度，进而实现二氧化硫浓度检测，能够在更短的时间内输出二氧化硫浓度检测结果，并且检测结果不易受到环境变化和杂散光的干扰。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明内部结构剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1、图2所示，一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，包括反应室8，反应室8的一侧安装有激发光源模块，激发光源模块所在一侧相对的反应室8一侧安装有光电池模块，激光光源模块所在一侧相邻的反应室8一侧安装有光子计数模块，激发光源模块向对侧的光电池模块发出激发光，激发光经过反应室8内部使反应室8中通入的待测气体中的二氧化硫受激发产生荧光，由光子计数模块检测所述荧光强度，并由光电池模块吸收激发光以及检测激发光强度，其中：
激发光源模块包括激发光源1、光源底座2、平凸透镜底座3、滤光准直器件；平凸透镜底座3内部中空，平凸透镜底座3内壁加工有左旋75°直角三角形消光螺纹，平凸透镜底座3一端连通安装于反应室8对应侧，光源底座2固定于平凸透镜底座3另一端；激发光源1为闪烁氙灯，激发光源1安装于光源底座2，光源底座2设有通光口与平凸透镜底座3内部连通，激发光源1的光出射端朝向通光口；滤光准直器件包括安装于平凸透镜底座3内部的光阑15、中心波长为214nm的第一窄带滤光片16、平凸透镜17，光阑15、第一窄带滤光片16、平凸透镜17依次位置激发光源1出射的激发光光路上，由激发光源1出射的激发光经光阑15限束、第一窄带滤光片16滤光、平凸透镜17准直后入射至反应室8内。
光子计数模块包括光子计数器4、计数器转换板6、双凸透镜底座7、中心波长为330nm的第二窄带滤光片19、双凸透镜20；双凸透镜底座7、计数器转换板6内部分别中空，双凸透镜底座7一端连通安装于反应室8对应侧，计数器转换板6一侧连通固定于双凸透镜底座7另一端，光子计数器4的探测框5固定于计数器转转板6另一侧，第二窄带滤光片19、双凸透镜20分别安装于双凸透镜底座中；反应室8内产生的荧光经第二窄带滤光片19滤光后，再通过双凸透镜20会聚后穿过计数器转换板6并入射至光子计数器4的探测框5。双凸透镜底座7与反应室8连通处安装有遮光板，遮光板部分遮挡第二窄带滤光片19。
光电池模块包括筒状的光电池底座11，以及光电池固定座12，光电池底座11内部加工为锥形消光孔21，锥形消光孔的孔壁加工有左旋75°直角三角形消光螺纹，光电池底座11一端连通安装于反应室8对应侧，且连通处内安装有窗口片22，光电池固定座12固定于光电池底座11另一端，且光电池固定座12朝向光电池底座11内的一面设置有光电池，由光电池接收通过反应室8内的激发光。
光子计数模块所在一侧相对的反应室8一侧设为敞口，敞口处盖合安装有反应室盖板13，反应室盖板13朝向反应室8内的内壁设置有角反射器18，由角反射器18将进入反应室8内的激发光的散射部分反射至光电池模块。
本发明中，平凸透镜底座3内壁、反应室8内壁、双凸透镜底座7内壁、反应室盖板13内壁分别设有特氟龙涂层。
发明中，在光电池底座11侧壁设置有进气口10，在反应室8侧壁设置有出气口9，反应室通过进气口10引入外部提供的待检测气体，并通过出气口9向外部排出检测后的气体。
本发明具体检测流程为：
激发光源1发出200nm-1000nm波段的激发光，激发光经过光阑15直射214nm的第一窄带滤光片16，然后经过平凸透镜17，成为一束准直的波长为214±10nm的激发光；激发光在反应室8内照射二氧化硫气体产生斯托克斯荧光反应。
具体反应过程为在小束宽单色(单波长)激发光作用下，二氧化硫受到紫外激发光后发出的荧光强度为：
其中：
激发过程：
荧光过程
离解过程：
淬灭过程：
Ia＝I0[1-exp(-εlp)]
其中：
I0为入射光强；ε为二氧化硫的吸收系数；l为光通过的路程；p为二氧化硫的体积比浓度；M代表空气分子。
激发的荧光经过330nm的第二窄带滤光片19然后由双凸透镜20进行汇聚到光子计数器4的探测框5，光子计数器4具有很高的精度能够根据入射光的光子数量产生不同计数值，根据公式(1-1)可知二氧化硫浓度与产生荧光的强度在一定浓度内是呈线性相关的，而光子计数器能够判断荧光的强度，进而可得到二氧化硫的浓度。因此本专利能够有效迅速的进行二氧化硫浓度的检测。
光电池模块中，光电池底座11内部加工有锥形消光孔21，并且锥形消光孔21的孔壁加工有左旋75°直角三角形消光螺纹，能够有效防止激发光反射给计数器带来影响从而产生误差。光电池能够检测每次激发光的强度，防止激发光源1因为长时间工作而导致激发光强衰减无法有效激发荧光。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (10)
1.一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：包括反应室，由外部向反应室中通入待检测气体，所述反应室的一侧安装有激发光源模块，激发光源模块所在一侧相对的反应室一侧安装有光电池模块，激光光源模块所在一侧相邻的反应室一侧安装有光子计数模块，所述激发光源模块向对侧的光电池模块发出激发光，激发光经过反应室内部使反应室中通入的待测气体中的二氧化硫受激发产生荧光，由所述光子计数模块检测所述荧光强度，并由光电池模块吸收激发光以及检测激发光强度。
2.根据权利要求1所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述的激发光源模块包括激发光源、光源底座、平凸透镜底座、滤光准直器件；所述平凸透镜底座内部中空，平凸透镜底座一端连通安装于反应室对应侧，光源底座固定于平凸透镜底座另一端；所述的激发光源为闪烁氙灯，激发光源安装于光源底座，光源底座设有通光口与平凸透镜底座内部连通，激发光源的光出射端朝向通光口；所述的滤光准直器件包括安装于平凸透镜底座内部的光阑、第一窄带滤光片、平凸透镜，光阑、第一窄带滤光片、平凸透镜依次位置激发光源出射的激发光光路上，由激发光源出射的激发光经光阑限束、第一窄带滤光片滤光、平凸透镜准直后入射至反应室内。
3.根据权利要求2所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述的第一窄带滤光片的中心波长为214nm。
4.根据权利要求2所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述的平凸透镜底座内壁加工有左旋75°直角三角形消光螺纹。
5.根据权利要求1所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述的光子计数模块包括光子计数器、计数器转换板、双凸透镜底座、第二窄带滤光片、双凸透镜；所述双凸透镜底座、计数器转换板内部分别中空，双凸透镜底座一端连通安装于反应室对应侧，计数器转换板一侧连通固定于双凸透镜底座另一端，光子计数器的探测框固定于计数器转转板另一侧，所述第二窄带滤光片、双凸透镜分别安装于双凸透镜底座中；反应室内产生的荧光经第二窄带滤光片滤光后，再通过双凸透镜会聚后穿过计数器转换板并入射至光子计数器的探测框。
6.根据权利要求5所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述的第二窄带滤光片的中心波长为330nm。
7.根据权利要求5所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述的双凸透镜底座与反应室连通处安装有遮光板，遮光板部分遮挡第二窄带滤光片。
8.根据权利要求1所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述的光电池模块包括筒状的光电池底座，以及光电池固定座，所述的光电池底座内部加工为锥形消光孔，锥形消光孔的孔壁加工有左旋75°直角三角形消光螺纹，所述光电池底座一端连通安装于反应室对应侧，光电池固定座固定于光电池底座另一端，且光电池固定座朝向光电池底座内的一面设置有光电池，由光电池接收通过反应室内的激发光。
9.根据权利要求1所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述光子计数模块所在一侧相对的反应室一侧设为敞口，敞口处盖合安装有反应室盖板，反应室盖板朝向反应室内的内壁设置有角反射器，由角反射器将进入反应室内的激发光的散射部分反射至光电池模块。
10.根据权利要求1或9所述的一种基于紫外荧光法的空气中二氧化硫浓度定量检测装置，其特征在于：所述平凸透镜底座内壁、反应室内壁、双凸透镜底座内壁、反应室盖板内壁分别设有特氟龙涂层。
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