[發明專利]一種測量溫室氣體的系統及方法

有效

• 申請號: 201110179588.8
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102359948A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 徐亮;高閩光;李相賢;魏秀麗;童晶晶;馮明春;程巳陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院安徽光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及環境監測技術與分析及光學技術領域，具體為一種測量溫室氣體的系統及方法。

背景技術

溫室氣體的增加已成為導致全球氣候和環境變化的主要原因之一，監測大氣中主要溫室氣體濃度的變化，對于研究其源、匯、和輸送規律；對于了解氣候演變、對于減少能源消耗和污染排放提供數據支持有重要意義。

CO2、CH4和N2O是最重要的三種溫室氣體，CO雖然不屬于溫室氣體，但是作為間接溫室氣體，在大氣化學中對溫室效應有重要影響。因此，在溫室氣體測量中，通常主要測量CO2、CH4、N2O和CO這四種氣體。

目前對大氣中溫室氣體的監測主要是通過現場采樣，然后將樣品送到實驗室進行分析來完成。CO2和CH4主要利用帶氫火焰離子檢測器（FID）的氣相色譜儀來分析；N2O主要利用帶電子捕獲檢測（ECD）的氣相色譜儀來分析。傳統監測方法采樣手段、采樣頻率和采樣數量均受到極大的限制，操作不方便，不能實現多組分同時測量。

傅里葉變換紅外（FTIR）光譜儀由于具有高靈敏度和分辨率，以及可進行實時的多組分同時探測等獨特的優勢，在環境、化學、材料等方面都有廣泛的應用，近年來尤其在大氣污染的定性定量監測方面。

為了反映溫室氣體的常年變化，研究溫室氣體的長年變化情況，需要提高現有光譜法對溫室氣體的測量精度。而FTIR光譜法具有其他監測方法難以實現的實時、多組分、無人值守等優勢，加上本發明系統后，對N2O，CO2和CH4在大氣中測量精度可由目前的4%提高到0.1%以下，對CO在大氣中測量精度可由目前的5%提高到0.5%以下，這足以滿足研究溫室氣體常年變化情況的需要。

發明內容

本發明的目的是提供一種測量溫室氣體的系統及方法，以解決現有傅里葉變換紅外光譜儀難以滿足高精度測量要求的問題。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

一種測量溫室氣體的系統，包括有計算機，其特征在于：還包括有多次反射樣品池，以及置于密封箱中的傅里葉變換紅外光譜儀，所述多次反射樣品池的入氣口依次連通有裝有無水高氯酸鎂的干燥管、Nafion管，多次反射樣品池的出氣口安裝有抽氣泵，通過所述抽氣泵的抽取使大氣中的氣體依次經過Nafion管、裝有無水高氯酸鎂的干燥管后進入多次反射樣品池，并通過抽氣泵抽取從多次反射樣品池的出氣口排出至大氣，形成密封的氣體管路；所述多次反射樣品池的入光口、出光口分別置于所述密封箱中，傅里葉變換紅外光譜儀的紅外光源安裝在多次反射樣品池的入光口處向多次反射樣品池中發射信號光，傅里葉變換紅外光譜儀的探測器安裝在所述多次反射樣品池的出光口處以接收經過多次反射樣品池多次反射后的信號光；所述抽氣泵、傅里葉變換紅外光譜儀分別由所述計算機控制。

所述的一種測量溫室氣體的系統，其特征在于：所述密封箱中充滿壓強為一個大氣壓的高純度氮，使傅里葉變換紅外光譜儀的紅外光源和多次反射樣品池的入光口之間光程、傅里葉變換紅外光譜儀的探測器和多次反射樣品池的出光口之間光程分別置于密封環境中。

所述的一種測量溫室氣體的系統，其特征在于：所述裝有無水高氯酸鎂的干燥管和多次反射樣品池入氣口之間設置有濾膜。

一種測量溫室氣體的方法，其特征在于：所述計算機控制多次反射樣品池出氣口處的抽氣泵抽氣，所述抽氣泵每抽氣一段時間后多次反射樣品池中的空氣再穩定一段時間作為一個抽氣周期，使多次反射樣品池內形成負壓，此時待測的大氣中的氣體依次經過Nafion管、裝有無水高氯酸鎂的干燥管的干燥處理后，由多次反射樣品池的入氣口進入多次反射樣品池內；所述傅里葉變換紅外光譜儀的紅外光源發出的信號光束從多次反射樣品池的入光口進入多次反射樣品池，經過多次反射后，從多次反射樣品池的出光口出射至所述傅里葉變換紅外光譜儀的探測器，通過傅里葉變換紅外光譜儀測得多次反射樣品池內待測的大氣中的氣體的紅外吸收光譜，再通過計算機對所述紅外吸收光譜進行定性和定量分析。

所述的一種測量溫室氣體的方法，其特征在于：待測的大氣中的氣體依次經過Nafion管、裝有無水高氯酸鎂的干燥管的干燥處理后，標況下露點溫度達到

-35℃。

所述的一種測量溫室氣體的方法，其特征在于：所述抽氣泵每抽氣3min后多次反射樣品池中的空氣再穩定20min作為一個抽氣周期。

本發明與現有技術相比的優點如下：

1：對常規溫室氣體可以實現高精度測量，64米光程，對N2O，CO2和CH4在大氣中測量誤差約0.1%以下，對CO在大氣中測量誤差在0.5%以下。