[01020515]环境污染物荧光谱检测技术及系统实现

课题组研究了甲烷、二氧化硫、一氧化碳等环境污染气体，以及多环芳烃在空气中与水溶液中的吸收或荧光光谱特性，分析其在近红外及紫外波段的吸收线光强与其含量之间的定量关系，建立紫外、可见波段的荧光光强或寿命与气体含量之间的定量关系及数学模型；研究弱光窄气体吸收谱的相敏检波及多波长激发下荧光检测的理论和技术；优化传感气室和测量光路结构设计，研究光子晶体光纤荧光传感探头，设计并制备了高灵敏度全光纤探头，分析其结构参数对传感性能的影响；建立了基于光谱吸收及荧光技术对有毒有害危险气体浓度以及水环境中石油类物质进行高精度、实时监测的通用多功能测量系统。1.应用分子光谱学和能级跃迁理论分析气体吸收光谱、激发光谱和荧光光谱的特性参数，确定激发光源的光谱特性，建立光学信息处理技术的数学模型。在实验室采用宽带光源、窄带激光器、光纤光谱仪及荧光光谱仪等测定出被测气体CH<,4>、SO<,2>、NO<,2>、空气中与水溶液的PAHS以水溶液中成品油样品的浓度与吸收、激发及荧光光谱的特性关系。2.按一定比例配制不同浓度的样品，应用本光纤测量系统样机测定的数据，绘制样品浓度与特定光谱下相对光强关系曲线及气体浓度与荧光寿命的关系曲线。用标准仪器(由环保单位协助)测定出被测气体的标准浓度，对气体测量子系统进行标定，使用已知含量样品溶液验证其测量回收率的方式对溶液测量子系统进行校正，在对测量结果进行分析的基础上，确定数学模型的特性参数。3.应用相敏检波、比值处理、小波去噪技术实现弱光信号及荧光寿命的检测，对信号处理电路的稳定性和精确性进行分析，确定影响信号处理电路的关键因素。4.在对光学检测系统的重要指标，如稳定性、重复性和抗干扰等进行考核的基础上，做系统的在线气体测量实验。对实验结果进行分析，确定实验样机实用化过程中的各项关键参数。5.应用导波光学及模场理论分析空芯光子带隙光纤的传光特性，设计并制备适用于气体传感的光子晶体光纤探头。根据测量水中石油类物质的应用特点，设计并制备适用于水环境中荧光测量的光纤探头。6.研制CH<,4>、SO<,2>、NOx等气体测量系统样机一套，性能指标达到：测量对象CH<,4> 、PHASSO<,2>、NO<,2>水中石油； 量程0-2×10-10-5×10-410-4-10-8；分辨率：2×10-62×10-91误差：0.10输出计算机实时显示分析结果。该项研究填补了中国环境检测仪器的空白，打破了国外的技术封锁。分辨率等技术指标为国际先进，该仪器已在秦皇岛市恒科科技有限公司、秦皇岛市北戴河兰德科技有限责任公司及秦皇岛市协力科技开发有限公司生产和应用，具有广阔的应用和推广空间。