[发明专利]一种荧光反应检测器以及使用该反应检测器的二氧化硫自动监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测微弱荧光信号的检测器以及使用该检测器监测空气中二氧化硫气体浓度的监测装置，属于大气监测设备技术领域。

背景技术

随着社会经济的高速增长，城市化水平不断提高，环境空气污染特征发生了显著变化，区域性大气污染问题日趋严重，灰霾、光化学烟雾和酸雨等复合型大气污染问题较为突出，影响人体健康和生态安全，乃至社会经济的和谐发展。

SO₂是环境空气中的主要污染成分，是各级环境监测站对城市空气环境质量评价的重要监测项目。在中国环保局规定的6种标准污染物中，SO₂已成为第一大污染物。它分布范围广，主要来源于煤、石油燃烧和含硫化合物等，其危害已很严重。

SO₂ 对人体健康的影响主要表现在呼吸系统疾病，严重者导致人和动物的死亡率增加等；对植物的影响主要表现为对植物内部生理活动的抑制作用，影响植物的生长发育及叶面伤害等方面。此外还对金属材料造成腐蚀，使建筑材料出现瘢痕失去光泽。

因此，对于SO₂的监测已成为空气质量监测的常规任务，目前市面上使用的SO₂自动监测仪器主要用于城市环境空气质量浓度的监测，体型较大，运行条件苛刻，灵敏度也较差，一般在10^-6，难于应用在背景、山区、极地等二氧化硫浓度很低的地区。

国外仪器厂商主要有美国THERMO-FISHER、美国API、澳大利亚ECOTECH、法国ESA等公司；国产仪器厂商有先河环保科技股份有限公司、武汉天虹、中晟泰科等。大部分厂家的SO₂自动监测仪的工作原理是非脉冲的紫外荧光法，采用的紫外灯为锌灯，其光强衰减快，寿命较短，仪器维护量大，价格高；美国THERMO-FISHER采用的原理为紫外脉冲荧光法，紫外灯采用脉冲氙灯，其光源寿命长，但其光路部分需要采用4个反射镜，光路复杂，且成本较高。

发明内容

本发明提供一种荧光反应检测器，即采用脉冲式光电倍增管检测微弱的SO₂反应的荧光信号，减少荧光猝灭的反应检测器以及使用该反应检测器的二氧化硫自动监测装置。

解决上述技术问题的技术方案是：

这种用于检测微弱荧光信号的检测器其特征在于它包括装设在管状反应室一端的脉冲式氙灯光源，脉冲式氙灯光源与管状反应室间还依次装设有与反应室相通的双凸透镜、滤光片、平凸透镜和光阑，在对应光阑一侧的管状反应室上设置有光电倍增管，光电倍增管与反应室间设置有双凸透镜。

所述反应室内壁涂覆有防腐蚀涂层。

所述反应室端部设置一锥形管。

使用这种荧光反应检测器的二氧化硫自动监测装置其特征在于它包括装设于机箱内的荧光检测器、除烃器、粒子过滤器、真空泵、传感器、电源、无线远程数据采集传输装置，机箱采样口接粒子过滤器入口，粒子过滤器出口经三通阀后依次通经除烃器的内管接荧光检测器的进气口，荧光检测器出气口依次经传感器和除烃器外管后接真空泵入口，真空泵出口与机箱上的排气口相接，传感器与无线远程数据采集传输装置电连接。

由于SO₂在近紫外区主要有（190～230）nm，（250～320）nm，（340～390）nm共3个吸收区，SO₂在波长220.6nm激发光激发后的激发态的寿命比较长，发出的荧光不易被氮气、氧气及其它污染物淬灭，此时荧光光谱范围在（240～420）nm范围内，在330nm附近有较大荧光发射区，大气中SO₂浓度测量的波长最好选择在（190～230）nm范围内，该区域具有强吸收、最小淬灭和最大荧光系数，因此选择220nm的滤光片。紫外光源选择脉冲氙灯，可以延长光源的寿命。

本发明的工作原理为紫外脉冲荧光法，脉冲氙灯发出紫外光，经过滤光片和光阑将220nm的光聚焦到SO₂反应室，样气中的SO₂吸收紫外光产生能级跃迁，SO₂从基态变为激发态，激发态SO₂不稳定，瞬间返回基态，发射出中心波长为330nm的荧光，荧光的强度和SO₂浓度成正比，光电倍增管将光信号转变成电信号，从而测出SO₂的浓度。为了消除光路波动造成的测量误差，光路中采用两路监测，一路作为样气光路测量所激发的荧光强度，另一路作为参比光路监测氙灯光源的变化，对光源变化进行自动补偿。