[發明專利]基于紫外發光二極管的二氧化硫分析儀及分析方法

有效

• 申請號: 201010234446.2
• 申請日: 2010-07-21
• 公開（公告）號: CN101907563A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 王富生;馬光明
• 申請（專利權）人: 宇星科技發展(深圳)有限公司
• 主分類號: G01N21/33
• 分類號: G01N21/33;G01N21/01
• 代理公司: 深圳市精英專利事務所 44242
• 代理人: 李新林

1.一種基于紫外發光二極管的二氧化硫分析儀，包括紫外發光二極管、吸收池、光譜儀和連接在光譜儀上的計算機，其特征在于：所述吸收池兩側分別設置有相對應并通透紫外光線的射入窗口和射出窗口，吸收池上還設置有進氣口和排氣口；所述紫外發光二極管和吸收池的射入窗口之間連接有一將紫外發光二極管發射的紫外光從射入窗口導入吸收池的入射光纖，該入射光纖的兩端分別設置有一個準直器；所述吸收池的射出窗口和光譜儀之間連接有一將射出窗口射出的紫外光導射向光譜儀中的紫外感光元件的出射光纖，該出射光纖的兩端也分別設置有一個準直器；其中，射入窗口和射出窗口與透射過的紫外光路之間的夾角是接近直角的銳角或鈍角。

2.根據權利要求1所述的基于紫外發光二極管的二氧化硫分析儀，其特征在于：所述紫外發光二極管為能發出波長范圍是290-320nm的連接紫外光的紫外發光二極管。

3.根據權利要求1所述的基于紫外發光二極管的二氧化硫分析儀，其特征在于：所述光纖的光譜范圍是200-1100nm，纖芯直徑是900um。

4.根據權利要求1所述的基于紫外發光二極管的二氧化硫分析儀，其特征在于：所述光譜儀的測量范圍是200-340nm，光柵刻痕密度是2400mm^-1，分辨率是0.29nm。

5.根據權利要求1或4所述的基于紫外發光二極管的二氧化硫分析儀，其特征在于：所述紫外感光元件是線性CCD陣列，共3648像素，每個像素是8um寬，200um長。

6.根據權利要求1所述的基于紫外發光二極管的二氧化硫分析儀，其特征在于：所述吸收池的射入窗口和射出窗口是石英材料，吸收池側面直徑是22mm，長度是102.5mm，通光范圍是200-2700nm。

7.根據權利要求1所述的基于紫外發光二極管的二氧化硫分析儀，其特征在于：所述射入窗口和射出窗口與透射過的紫外光路之間的夾角都為75度至85度或95度至105度。

8.一種基于紫外發光二極管的二氧化硫分析方法，其特征在于分析步驟為：

一、檢測SO₂氣體的峰值波長和峰谷波長：

(1)、先從吸收池的進氣口向吸收池充入N₂氣；

(2)、而后打開紫外發光二極管，此時紫外光經準直器變成平行光后由入射光纖導向吸收池，紫外光由入射光纖另一端的準直器射出由射入窗口進入吸收池；

(3)、紫外光經吸收池內的N₂氣吸收后由射出窗口經準直器由出射光纖導向光譜儀，紫外光由出射光纖另一端的準直器射入光譜儀；

(4)、紫外光在光譜儀內部經準直、焦距、衍射后照射到紫外感光元件上，調節紫外發光二極管的發射290-320nm波長的紫外光，并記錄各波長的吸收截面作為空白對比數據送給計算機，從吸收池的出氣口向外排出N₂氣；

(5)、再從吸收池的進氣口向吸收池充入500ppm的SO₂標準氣體；

(6)、而后打開紫外發光二極管，此時紫外光經準直器變成平行光后由入射光纖導向吸收池，紫外光由入射光纖另一端的準直器射出由射入窗口進入吸收池；

(7)、紫外光經吸收池內的SO₂氣體吸收衰減后由射出窗口經準直器由出射光纖導向光譜儀，紫外光由出射光纖另一端的準直器射入光譜儀；

(8)、紫外光在光譜儀內部經準直、焦距、衍射后照射到紫外感光元件上，調節紫外發光二極管的發射290-320nm波長的紫外光，并記錄各波長的吸收截面，作為SO₂標準氣體的數據送給計算機，從吸收池的出氣口向外排出SO₂氣；

(9)、計算機通過SO₂標準氣體的數據和空白對比數據計算出吸收截面最大值的發射波長計為λ₁，這個波長稱為峰值波長，附近最小吸收截面的發射波長計為λ₂，這個波長稱為峰谷波長；

二、進行SO₂氣體濃度的檢測：

(10)、先從吸收池的進氣口向吸收池充入待測SO₂氣體；

(11)、而后打開紫外發光二極管，此時紫外光經準直器變成平行光后由入射光纖導向吸收池，紫外光由入射光纖另一端的準直器射出由射入窗口進入吸收池；

(12)、紫外光經吸收池內的SO₂氣體吸收衰減后由射出窗口經準直器由出射光纖導向光譜儀，紫外光由出射光纖另一端的準直器射入光譜儀；

(13)、紫外光在光譜儀內部經準直、焦距、衍射后照射到紫外感光元件上，調節紫外發光二極管的發射波長，并檢測峰值波長λ₁和峰谷波長λ₂的紫外光經吸收池內待測SO₂氣體吸收衰減后的峰值波長和峰谷波長處的吸收截面計為σ(λ₁)和σ(λ₂)并傳輸給計算機；

(14)、與光譜儀相連接的計算機通過以下公式計算待測SO₂氣體的濃度：

c=-R·TNA·pln[P(λ1)P(λ1)][σ(λ1)-σ(λ2)]·L]]>

其中，C是二氧化硫濃度；R是常數＝8.314J/molK；T是開爾文溫度；P是壓強，單位為帕；N_A是阿伏加德羅常數＝6.022*10²³mol^-1；λ₁和λ₂分別是峰值波長和峰谷波長；σ(λ₁)和σ(λ₂)分別是峰值波長和峰谷波長處的吸收截面；L是光程。

9.根據權利要求8所述的基于紫外發光二極管的二氧化硫分析方法，其特征在于：所述峰值波長λ₁為300.09nm，峰谷波長λ₂為301.47nm。