[发明专利]一种利用塞曼荧光消除汞元素测量干扰的装置及测量方法

说明书

本发明涉及一种利用塞曼荧光消除汞元素测量干扰的装置及方法，装置包括汞灯光源、电荷耦合检测器或光电倍增管检测器、光室、磁铁、聚光镜、偏振光镜，其中光室呈特殊设计形状、并在一端或两端有与光路呈直角的通气管，本发明的突出特点是采用被测物的荧光的塞曼特性，因此关键部件中光源和检测器的空间布置呈直角，检测器的入射窗口前设置偏振光镜，待测汞元素及其干扰组分受激发出混合荧光，在施加磁场下，会分裂出π组分与σ组分，在旋转偏振光镜90度可被检测器分别捕获，汞元素真实值可通过前述检测、配合纯干扰物质塞曼能测定以及汞元素荧光π组分的光强及其浓度的标定曲线，进行后期计算得到。

技术领域

本发明属于重金属检测领域，特别是涉及一种利用塞曼荧光消除汞元素测量干扰的装置及测量方法。

背景技术

重金属广泛分布于自然界之中，其中有些重金属对于生命体成长具有重大的影响。当其含量较低时，可为生命体成长所不可或缺的微量元素，如Ni，Fe，Mn，Zn，Mo等；但当其含量超出某一限定值时，将会对生命体产生毒性，也有些重金属无论含量多少，对生命体均没有明显好处，如As、Pb，Hg，Cd和Cr等，是造成多种呼吸性疾病以及癌症的重要因素。由重金属造成的环境污染现已成为全球性问题，重金属在自然界中的大量积累，经过一系列物理/化学/生物效应后将转化成有毒化合物并进入到食物链中，使得食品中毒等问题频频发生，现已引起各国政府的高度重视。其中，汞的危害较为严重，汞金属在常温下呈现出液态，具有很强的毒性，通常以化合物形式存在。20世纪中叶，日本发生了一起严重的汞泄露事件，造成日本至少5万人发生不同程度的汞中毒。联合国高度重视汞排放问题，并起草了水俣公约，中国在2016年也开始实行起来。

汞的主要人为来源为火力发电厂中的烟气排放，在烟气成分中还存在大量的SOx，NOx 等气体，而汞原子相对含量仅占少数。SOX的吸收或荧光光谱与汞的吸收或荧光光谱非常接近，特别是在253.7nm(汞的最高能量谱)处；此外其它存在汞原子的场合也通常含有对测量产生干扰的物质，单凭传统的原子吸收或荧光光谱法，无法准确测量出汞原子的含量。目前使用了一种氢化物发生技术来协助原子吸收或荧光光谱去除这些干扰，但该法中样品前处理过程非常繁琐，且难以彻底控制杂元素的影响，尤其是在燃煤烟气或固态样品中监测痕量汞排放方面。

为了避开这一点，必须找到一种替代性的措施，即样品前处理简单，且抗干扰能力强的方法。塞曼效应通常是指一束光在磁场作用下发生分裂生成三束(正常塞曼效应)或三束以上(反常塞曼效应)频率非常相近的偏振光，其中偏振方向与磁场方向平行的偏振光称为π组分，而与磁场方向垂直的偏振光称为σ⁺与σ^-组分。前人利用塞曼效应来测汞原子浓度都是基于原子吸收光谱的原理，主要分为两种利用方式。

其一是基于纵向塞曼效应，即沿磁场方向进行测量，当样品池中通入汞原子时，σ^-组分由于偏离了汞原子的吸收波段，只受到背景吸收的影响，σ⁺组分则可以同时被汞原子与背景吸收，根据两束光最终强度差值即可得出汞原子浓度，但该方法中由于吸收波段相距太近，波展宽问题影响测量精度，因此未推广使用。

其二是采用横向塞曼效应，利用处于磁场中的汞灯在253.7nm处分裂出的π组分与σ±组分分别作为吸收波段与偏离波段来测量汞浓度，利用与上面同样的办法就可以求得汞原子浓度，材料易得，造价成本较低。上述两种方法均基于精度较差的吸收原理、且仅适用于干扰气氛浓度不太大时。而实际情况是干扰气氛浓度通常远大于汞原子浓度，且吸收办法本省精度不高。

发明内容

本发明解决了现有基于塞曼效应的汞元素测量方法精度低且仅适用于干扰气氛浓度不太大场景的问题，旨在提供一种采用荧光的塞曼效应排除微量汞元素测量时干扰组分影响的装置及测量方法，利用了被测物体的荧光的塞曼特性，极大的提升了测量精度且能够适用于干扰气氛浓度大的场合。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种利用塞曼荧光消除汞元素测量干扰的装置，包括：