高俊巖+陳霄龍+邢沖+梅禹珊

摘要隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，人們環(huán)保意識(shí)的不斷提升，環(huán)境污染問(wèn)題已經(jīng)受到國(guó)際普遍的關(guān)注，就環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)技術(shù)，世界各國(guó)進(jìn)行了不斷的開(kāi)發(fā)與研制，同時(shí)也取得了非常多的研究成果。而光學(xué)與光譜學(xué)具有選擇性好、時(shí)間分辨率佳、能進(jìn)行遙測(cè)、動(dòng)態(tài)范圍大一級(jí)便于操作等優(yōu)勢(shì)，從而使其被廣泛的研究與應(yīng)用在環(huán)境污染監(jiān)測(cè)。本文首先對(duì)光學(xué)與光譜學(xué)遙測(cè)原理加以簡(jiǎn)要的介紹，之后對(duì)目前普遍的技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)分析，從而對(duì)我國(guó)今后的環(huán)境污染監(jiān)測(cè)有所幫助作用。

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

環(huán)境污染依然受到人們的廣泛關(guān)注，對(duì)環(huán)境污染展開(kāi)監(jiān)測(cè)可以對(duì)今后的污染治理以及環(huán)境保護(hù)有著非常重要的意義。以往進(jìn)行的污染監(jiān)測(cè)通常是人工進(jìn)行定點(diǎn)取樣，以及實(shí)驗(yàn)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(cè)中，從而對(duì)環(huán)境污染監(jiān)測(cè)有著很好的推動(dòng)作用，但是依舊存在定點(diǎn)測(cè)量的弊端。而采用光學(xué)與光譜學(xué)進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、多組分以及大范圍監(jiān)測(cè)，已經(jīng)成為當(dāng)前時(shí)期主要的應(yīng)用工具。

1光學(xué)與光譜學(xué)遙測(cè)原理

光譜遙測(cè)主要是基于電磁輻射和分子或原子間進(jìn)行相互作用來(lái)對(duì)污染物責(zé)成以及特性加以監(jiān)測(cè)，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(lái)推斷出其相應(yīng)的濃度。光學(xué)遙測(cè)主要是利用遠(yuǎn)光程來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)存在的取樣池加以替代，通過(guò)發(fā)出光束穿過(guò)待測(cè)氣體，又另一測(cè)的接受裝置進(jìn)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(lái)確定的，測(cè)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(xué)吸收光譜。DOAS技術(shù)主要應(yīng)用在可見(jiàn)光與紫外光波段范圍，可以對(duì)處于該波段擁有特征吸收光譜氣體進(jìn)行檢測(cè)，監(jiān)測(cè)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(cè)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(duì)易于反應(yīng)的HONO、0H以及N0等氣體有著非常明顯的測(cè)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(jiàn)與紫外光譜范圍內(nèi)擁有的吸收特性，來(lái)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(cè)，同時(shí)也可以被應(yīng)用于污染源方面的監(jiān)測(cè)，諸如化工廠、煉鋼廠以及水泥場(chǎng)等。此外，將DOAS技術(shù)應(yīng)用于在對(duì)大氣層流中的二氧化碳以及氮氧化物的測(cè)量，并對(duì)氧化溴分布加以測(cè)定，對(duì)于北極等溫層內(nèi)存在的臭氧破壞過(guò)程進(jìn)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(duì)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(jī)物以及有機(jī)大分子等。FTIR對(duì)于紅外光譜分析具有非常顯著地優(yōu)勢(shì)，其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)2μm～15μm內(nèi)的全部光譜進(jìn)行全部獲??；而且對(duì)于光強(qiáng)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(shí)現(xiàn)對(duì)多組分展開(kāi)一并的測(cè)量。通過(guò)FTIR技術(shù)能夠測(cè)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(cè)極限最小可以達(dá)到幾ppb，單位時(shí)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(duì)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(duì)于自然光源如太陽(yáng)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(xué)。激光擁有高強(qiáng)度、高單色性以及方向性等特點(diǎn)，從而其已經(jīng)成為一種作為大氣監(jiān)測(cè)方面的新型工具。在進(jìn)行激光長(zhǎng)程測(cè)定過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)光程為幾千米進(jìn)行很好的測(cè)量，可以探測(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(zhǎng)程技術(shù)進(jìn)行測(cè)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(biāo)準(zhǔn)污染物如甲烷、一氧化碳、氮氧化物以及硫氧化物等。對(duì)于相對(duì)較為靈敏的檢測(cè)方式，激光長(zhǎng)程擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快以及精度高等優(yōu)勢(shì)，并且所使用的二極管激光器擁有相對(duì)較低的成本，是今后重點(diǎn)發(fā)展的一個(gè)方向。

5 DIAL技術(shù)

DIAL即差分吸收激光雷達(dá)。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(yùn)用。激光差分雷達(dá)主要是根據(jù)大氣自身所具有的向后散射回波展開(kāi)測(cè)量的一項(xiàng)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(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng)，因此使其便于接收與測(cè)量，能夠?qū)崿F(xiàn)極高的分辨率以及大范圍實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)。通常情況下測(cè)量光程能夠在幾十公里范圍內(nèi)，只要測(cè)量范圍是大氣平流層以及大氣對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)臭氧、氯氣、一氧化碳、二氧化氮、汞蒸汽等進(jìn)行測(cè)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(huì)產(chǎn)生表征其特性的熒光，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(lái)便受到了廣泛的關(guān)注，已經(jīng)在實(shí)際中得到了普遍的應(yīng)用。利用激光作為熒光光源可以對(duì)傳統(tǒng)光源存在的缺點(diǎn)進(jìn)行很好的彌補(bǔ)，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(shì)。

7結(jié)論

綜上所述，將光學(xué)與光譜學(xué)技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中，是一種極為有效的遙感測(cè)量方式，可以對(duì)大氣環(huán)境中存在的各類有害污染物實(shí)現(xiàn)很好的測(cè)定，但是各種技術(shù)均存在自身應(yīng)用局限性，因此在實(shí)際測(cè)量選取過(guò)程中應(yīng)該根據(jù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容的不同來(lái)選取適當(dāng)?shù)氖侄危瑥亩鴮?duì)大氣內(nèi)存在的污染物加以有效的監(jiān)測(cè)。同時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果采用遙感技術(shù)可以更為準(zhǔn)確，對(duì)于污染防治有著很好的技術(shù)支持，因此今后要對(duì)其加以重點(diǎn)的應(yīng)用于研究，從而對(duì)我國(guó)今后的污染治理有著極大的推動(dòng)作用。endprint