基于紫外光诱导转化的二硫化碳浓度测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术提供基于紫外光诱导转化的二硫化碳浓度测量系统及测量方法，涉及气体浓度的检测领域。该基于紫外光诱导转化的二硫化碳浓度测量系统，包括不锈钢螺旋通气管、石英螺旋通气管、汞灯、遮光罩、控温室、氘灯、第一透镜、气体池、第二透镜、光纤、光谱仪和计算机；所述不锈钢螺旋通气管进气口用于接收待测二硫化碳气体，所述不锈钢螺旋通气管出气孔处与石英螺旋通气管贯通连接，且所述不锈钢螺旋通气管与石英螺旋通气管均设置在控温室内，解决了二硫化碳传感器技术测量二硫化碳浓度时，信号随时间衰减、工业环境下痕量二硫化碳连续长时间检测较难实现、需要定期维护、光谱检测方法仪器成本高的问题。成本高的问题。成本高的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于紫外光诱导转化的二硫化碳浓度测量系统及测量方法


[0001]本专利技术涉及气体浓度检测
，具体为基于紫外光诱导转化的二硫化碳浓度测量系统及测量方法。

技术介绍

[0002]二硫化碳是一种常见的大气污染硫化物。工业上二硫化碳作为一种应用广泛的有机溶剂和化工原料，常被用于人造丝、杀虫剂等的制造以及橡胶、农药等的硫化过程。二硫化碳具有很强的毒性，是一种多系统的亲和毒物，研究表明它对诸如心血管、胃肠道、生殖系统、泌尿系统以及神经系统等多人体系统均具有很强的毒害作用，可引起神经病变、巴金森氏症、动脉硬化等疾病，即使长期暴露在只含有痕量二硫化碳的环境中也会对人体健康造成不可逆的严重危害。在我国，二硫化碳的排放主要来自于粘胶纤维的制造和二硫化碳有机溶剂的生产。我国是粘胶纤维的生产大国，全球每年有超过三分之一的粘胶纤维在我国生产，而粘胶纤维作为一种主要的制衣原料，全球需求量巨大。在粘胶纤维的生产过程中，由于二硫化碳极强的挥发性，每年有大量的二硫化碳泄露出来，泄露的二硫化碳对我国的环境和工人的健康均构成严重威胁，实现工业环境中痕量二硫化碳检测对环境保护和工人的健康非常重要。
[0003]目前，主要采用化学传感实现二硫化碳现场检测，化学传感信号随时间将产生衰减，寿命和气体选择性仍是化学传感的重要研究课题。光谱法具有非接触，响应快，气体选择性高、可连续长时间检测等特点，被广泛应用于气体检测领域。虽然二硫化碳在紫外200nm波段和红外4.59μm具有很强的吸收，但200nm波段的强散射、该波段内丰富的物质指纹光谱干扰，以及中红外、深紫外造价昂贵的设备限制了基于光谱法的二硫化碳检测方法和检测系统的发展。因此，我们基于紫外光催化，通过将二硫化碳转化为二氧化硫，利用二氧化硫在300nm波段的强吸收，结合吸收光谱技术，提出一种二硫化碳浓度的反演检测方法及二硫化碳检测系统。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了基于紫外光诱导转化的二硫化碳浓度测量系统及测量方法，解决了二硫化碳传感器技术测量二硫化碳浓度时，信号随时间衰减、工业环境下痕量二硫化碳连续长时间检测较难实现、需要定期维护、光谱检测方法仪器成本高的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0008]一方面，提供了一种基于紫外光诱导转化的二硫化碳浓度测量系统，该系统包括不锈钢螺旋通气管、石英螺旋通气管、汞灯、遮光罩、控温室、氘灯、第一透镜、气体池、第二透镜、光纤、光谱仪和计算机；
[0009]二硫化碳气体在流经所述不锈钢螺旋通气管过程中将逐渐升温至100
‑
200℃，从不锈钢螺旋通气管流出，进入石英螺旋通气管的气体已升温至100
‑
200℃，所述不锈钢螺旋通气管与石英螺旋通气管通过硅胶管连接，且所述不锈钢螺旋通气管与石英螺旋通气管均设置在控温室内，所述石英螺旋通气管缠绕在汞灯上，且所述石英螺旋通气管外侧设有遮光罩；
[0010]所述石英螺旋通气管输出端与气体池连接，所述气体池一侧安装有氘灯，所述氘灯与气体池之间安装有第一透镜，所述气体池另一侧安装有第二透镜；
[0011]所述氘灯发出的紫外宽带光，经过第一透镜，射入气体池内，气体池的出射光经过第二透镜，射入光纤的一端；
[0012]所述光纤的另一端与光谱仪的光信号接收端连接；
[0013]所述光谱仪的数据信号输入端与计算机相连。
[0014]优选的，所述石英螺旋通气管可透过185nm紫外光，所述汞灯在185nm有强发射光谱。市场上汞灯主要有两种，一种发射光从253.7nm开始，不发射184.9nm光；一种既可发射184.9nm光也可以发射253.7nm光。本专利技术主要利用汞灯在184.9nm的发射光实现二硫化碳紫外转化，235.7nm光无法使二硫化碳转化，故特此要求。
[0015]优选的，控温室采用PID进行温度控制，且长时间温度漂移不超0.3℃。
[0016]优选的，所述第一透镜和第二透镜均为石英凸透镜。
[0017]优选的，所述气体池设置有入射窗口、出射窗口、入气口和出气口。
[0018]优选的，所述气体池为圆柱型气体池，所述入射窗口和出射窗口分别位于圆柱型气体池的两个端面上，所述入气口和出气口分别位于圆柱型气体池的两端侧壁上。
[0019]优选的，所述入射窗口和出射窗口均为220nm前光谱透过率为0的石英窗口。
[0020]再一方面，提供了一种所述的基于紫外光诱导转化的二硫化碳浓度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0021]步骤一、将待测二硫化碳气体以固定流速通入不锈钢螺旋通气管内，随着气体在不锈钢螺旋通气管内不断前进，气体逐渐升温至控温室所控温度；
[0022]步骤二、从不锈钢螺旋通气管流出的二硫化碳气体流入石英螺旋通气管，并在汞灯照射下逐渐光催化转化产生二氧化硫；
[0023]步骤三、根据气体流速和石英螺旋通气管长度及管径计算气体流经石英螺旋通气管用时t；
[0024]步骤四、从石英螺旋通气管流出的气体流入气体池；
[0025]步骤五、氘灯发出的紫外宽带光经过第一透镜准直为平行光；
[0026]步骤六、平行光射入气体池内，平行光经过气体池内气体吸收导致平行光的光谱强度减弱形成透射光；
[0027]步骤七、透射光经过第二透镜汇聚后，形成汇聚光；
[0028]步骤八；汇聚光经过光纤入射到光谱仪中，光谱仪将汇聚光转换为数据信号；
[0029]步骤九、计算机对光谱仪的数据信号进行数据处理，得出气体池中二氧化硫的浓度C；
[0030]步骤十、根据二氧化硫浓度C和转化时间t，计算二氧化硫产生速率，利用二氧化硫产生速率与二硫化碳初始浓度间对应关系，得出待测二硫化碳气体浓度。
[0031]优选的，所述计算机对光谱仪的数据信号进行数据处理具体为，对气体池内气体吸收处于284nm
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311nm波段的平行光的吸光度进行积分，得到与二氧化硫浓度相关的光学参量OP,通过将气体池内气体中二氧化硫浓度的光学参量OP与系统的二氧化硫浓度定标曲线进行对比，得出经紫外光催化转化生成二氧化硫浓度
[0032](三)有益效果
[0033]本专利技术基于紫外光诱导转化的二硫化碳浓度测量系统及测量方法，从而有效的解决了二硫化碳传感器技术测量二硫化碳浓度时，信号随时间衰减、工业环境下痕量二硫化碳连续长时间检测较难实现、需要定期维护、光谱检测方法仪器成本高的问题。
附图说明
[0034]图1为本专利技术基于紫外光诱导转化的二硫化碳浓度测量系统的结构示意图；
[0035]图2为本专利技术实施例中气体池的结构示意图。
[0036]其中，1、不锈钢螺旋通气管；2、石英螺旋通气管；3、汞灯；4、遮光罩；5、控温室；6、氘灯；7、第一透镜；8、气体池；9、第二透镜；10、光纤；11本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于紫外光诱导转化的二硫化碳浓度测量系统，其特征在于，包括不锈钢螺旋通气管(1)、石英螺旋通气管(2)、汞灯(3)、遮光罩(4)、控温室(5)、氘灯(6)、第一透镜(7)、气体池、第二透镜(9)、光纤(10)、光谱仪(11)和计算机(12)；二硫化碳气体在流经所述不锈钢螺旋通气管(1)过程中将逐渐升温至100
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200℃，从不锈钢螺旋通气管(1)流出，进入石英螺旋通气管(2)的气体已升温至100
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200℃，所述不锈钢螺旋通气管(1)与石英螺旋通气管(2)之间通过硅胶管连接，且所述不锈钢螺旋通气管(1)与石英螺旋通气管(2)均设置在控温室(5)内，所述石英螺旋通气管(2)缠绕在汞灯(3)上，且所述石英螺旋通气管(2)外侧设有遮光罩(4)；所述石英螺旋通气管(2)输出端与气体池(8)连接，所述气体池(8)一侧安装有氘灯(6)，所述氘灯(6)与气体池(8)之间安装有第一透镜(7)，所述气体池(8)另一侧安装有第二透镜(9)；所述氘灯(6)发出的紫外宽带光，经过第一透镜(7)，射入气体池(8)内，气体池(8)的出射光经过第二透镜(9)，射入光纤(10)的一端；所述光纤(10)的另一端与光谱仪(11)的光信号接收端连接；所述光谱仪(11)的数据信号输入端与计算机(12)相连。2.根据权利要求1所述的一种基于紫外光诱导转化的二硫化碳浓度测量系统，其特征在于：所述石英螺旋通气管(2)可透过185nm紫外光，所述汞灯(3)在185nm有强发射光谱。3.根据权利要求1所述的一种基于紫外光诱导转化的二硫化碳浓度测量系统，其特征在于：控温室(5)采用PID进行温度控制，且长时间温度漂移不超0.3℃。4.根据权利要求1所述的一种基于紫外光诱导转化的二硫化碳浓度测量系统，其特征在于：所述第一透镜(7)和第二透镜(9)均为石英凸透镜。5.根据权利要求1所述的一种基于紫外光诱导转化的二硫化碳浓度测量系统，其特征在于：所述气体池(8)设置有入射窗口、出射窗口、入气口和出气口。6.根据权利要求5所述的一种基于紫外光诱导转化的二硫化碳浓度测量系统，其特征在于：所述气体池(8)为圆柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琳，韩潇雨，欧阳子澍，单媛媛，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：