高俊巖+陳霄龍+邢沖+梅禹珊

摘要隨著社會不斷進步，人們環(huán)保意識的不斷提升，環(huán)境污染問題已經(jīng)受到國際普遍的關(guān)注，就環(huán)境污染的監(jiān)測技術(shù)，世界各國進行了不斷的開發(fā)與研制，同時也取得了非常多的研究成果。而光學與光譜學具有選擇性好、時間分辨率佳、能進行遙測、動態(tài)范圍大一級便于操作等優(yōu)勢，從而使其被廣泛的研究與應(yīng)用在環(huán)境污染監(jiān)測。本文首先對光學與光譜學遙測原理加以簡要的介紹，之后對目前普遍的技術(shù)進行重點分析，從而對我國今后的環(huán)境污染監(jiān)測有所幫助作用。

關(guān)鍵詞環(huán)境污染監(jiān)測：光學和光譜學；多污染組分分析：污染自動遙測

環(huán)境污染依然受到人們的廣泛關(guān)注，對環(huán)境污染展開監(jiān)測可以對今后的污染治理以及環(huán)境保護有著非常重要的意義。以往進行的污染監(jiān)測通常是人工進行定點取樣，以及實驗室分析為主要手段，但是依然有著很大的弊端。即便現(xiàn)在已經(jīng)將大量的儀器設(shè)備應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測中，從而對環(huán)境污染監(jiān)測有著很好的推動作用，但是依舊存在定點測量的弊端。而采用光學與光譜學進行遙感監(jiān)測，可以實現(xiàn)實時、多組分以及大范圍監(jiān)測，已經(jīng)成為當前時期主要的應(yīng)用工具。

1光學與光譜學遙測原理

光譜遙測主要是基于電磁輻射和分子或原子間進行相互作用來對污染物責成以及特性加以監(jiān)測，依照環(huán)境中存在的痕量污染物在不同光譜波段擁有不同的吸收特征來推斷出其相應(yīng)的濃度。光學遙測主要是利用遠光程來對實驗室內(nèi)存在的取樣池加以替代，通過發(fā)出光束穿過待測氣體，又另一測的接受裝置進行接收。光程主要是由發(fā)射器和接收器之間存在的距離來確定的，測量的主要原理為比爾定律，其可用如下公式表示：

2 DOAS技術(shù)

DOAS即差分光學吸收光譜。DOAS技術(shù)主要應(yīng)用在可見光與紫外光波段范圍，可以對處于該波段擁有特征吸收光譜氣體進行檢測，監(jiān)測的主要污染物有氮氧化物、臭氧、二氧化硫、苯、甲苯、二甲苯、甲醛等，其主要的測量種類僅僅局限在該波段范圍內(nèi)擁有較窄吸收譜線方面的氣體成分。然而該方法在大氣平流層可以對易于反應(yīng)的HONO、0H以及N0等氣體有著非常明顯的測量效果。DOAS主要是依據(jù)大氣環(huán)境中存在的痕量氣體處于可見與紫外光譜范圍內(nèi)擁有的吸收特性，來反推出大氣中所含有的污染物種類以及濃度。DOAS系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用在城市空氣監(jiān)測，同時也可以被應(yīng)用于污染源方面的監(jiān)測，諸如化工廠、煉鋼廠以及水泥場等。此外，將DOAS技術(shù)應(yīng)用于在對大氣層流中的二氧化碳以及氮氧化物的測量，并對氧化溴分布加以測定，對于北極等溫層內(nèi)存在的臭氧破壞過程進行研究。

3 FTIR技術(shù)

FTIR即付里葉變換紅外光譜。該方法可以對大氣中存在的眾多的污染物成分所具有的光譜信息，諸如酸性有機物以及有機大分子等。FTIR對于紅外光譜分析具有非常顯著地優(yōu)勢，其可以實現(xiàn)對2μm～15μm內(nèi)的全部光譜進行全部獲??；而且對于光強有著非常好的利用率，不再需要使用棱鏡等分關(guān)元件；此外可以實現(xiàn)對多組分展開一并的測量。通過FTIR技術(shù)能夠測定火山煙羽，火山煙羽的組成主要有二氧化碳、二氧化硫、水、硫化氫、氯化氫等，其探測極限最小可以達到幾ppb，單位時間內(nèi)能偶獲取到500～6000范圍內(nèi)的全部光譜，分辨率可以在0.5cm-1，通常一同獲取4條以上的干涉圖譜，從而對發(fā)射信噪比加以有效地改善。FTIR技術(shù)不僅可以使用人工光源，對于自然光源如太陽或者月亮等。

4 TDLAS技術(shù)

TDLAS即可調(diào)諧二極管激光吸收光譜學。激光擁有高強度、高單色性以及方向性等特點，從而其已經(jīng)成為一種作為大氣監(jiān)測方面的新型工具。在進行激光長程測定過程中，根據(jù)光源功率、連續(xù)形式以及脈沖方式等方面的不同，可以實現(xiàn)對光程為幾千米進行很好的測量，可以探測出1%左右的差分吸收，擁有很好的靈敏性。由于其所具有的單色性可以實現(xiàn)對混合污染物中存在的不同成分加以區(qū)分，可以有效地規(guī)避了光譜的干擾。采取激光長程技術(shù)進行測量的污染物主要是大氣中含量極低的污染物，諸如氯化氫、氟化氫、氨氣、甲醛等，以及空氣標準污染物如甲烷、一氧化碳、氮氧化物以及硫氧化物等。對于相對較為靈敏的檢測方式，激光長程擁有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快以及精度高等優(yōu)勢，并且所使用的二極管激光器擁有相對較低的成本，是今后重點發(fā)展的一個方向。

5 DIAL技術(shù)

DIAL即差分吸收激光雷達。伴隨可調(diào)諧激光的不斷創(chuàng)新發(fā)展，DIAL技術(shù)也相應(yīng)的得到了發(fā)展與運用。激光差分雷達主要是根據(jù)大氣自身所具有的向后散射回波展開測量的一項技術(shù)。大氣中存在的氣溶膠擁有較大的向后散射截面，而且回波強度相對較強，因此使其便于接收與測量，能夠?qū)崿F(xiàn)極高的分辨率以及大范圍實時監(jiān)測的特點。通常情況下測量光程能夠在幾十公里范圍內(nèi)，只要測量范圍是大氣平流層以及大氣對流層中存在的氣體成分。但是DIAL技術(shù)由于其系統(tǒng)較為復(fù)雜、成本高，而且所要求的光源要可調(diào)諧、功率大、脈寬窄。目前，DIAL技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)對臭氧、氯氣、一氧化碳、二氧化氮、汞蒸汽等進行測量。

6 LIF技術(shù)

LIF即激光誘導(dǎo)熒光。根據(jù)物質(zhì)受到紫外線照射會產(chǎn)生表征其特性的熒光，從而實現(xiàn)對物質(zhì)的定量以及定性的分析的技術(shù)便是熒光分析。隨著其被發(fā)明出來便受到了廣泛的關(guān)注，已經(jīng)在實際中得到了普遍的應(yīng)用。利用激光作為熒光光源可以對傳統(tǒng)光源存在的缺點進行很好的彌補，而且可以有效的提升熒光分析法的選擇性。此外，熒光分析法擁有著取樣方便、試樣量少、方法便捷等優(yōu)勢。

7結(jié)論

綜上所述，將光學與光譜學技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境污染監(jiān)測中，是一種極為有效的遙感測量方式，可以對大氣環(huán)境中存在的各類有害污染物實現(xiàn)很好的測定，但是各種技術(shù)均存在自身應(yīng)用局限性，因此在實際測量選取過程中應(yīng)該根據(jù)監(jiān)測內(nèi)容的不同來選取適當?shù)氖侄?，從而對大氣?nèi)存在的污染物加以有效的監(jiān)測。同時對監(jiān)測結(jié)果采用遙感技術(shù)可以更為準確，對于污染防治有著很好的技術(shù)支持，因此今后要對其加以重點的應(yīng)用于研究，從而對我國今后的污染治理有著極大的推動作用。endprint