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基于近红外TDLAS和脱气膜的水中溶解CO_(2)检测技术
1
作者
魏志涵
张俊森
+7 位作者
顾萱
许盼
何博扬
叶标
韦欣欣
孟鑫
薛国刚
王静静
《光谱学与光谱分析》
北大核心
2025年第9期2452-2458,共7页
内陆水域作为碳循环关键,其溶解气体监测对评估碳源/汇、气候变化等至关重要。现有原位水中溶解气体探测技术聚焦于海水中的溶解气体检测,检测限低、技术难度大、成本高,仪器装置体积大,在内陆水域中的适用性低。针对内陆水域CO_(2)气...
内陆水域作为碳循环关键,其溶解气体监测对评估碳源/汇、气候变化等至关重要。现有原位水中溶解气体探测技术聚焦于海水中的溶解气体检测,检测限低、技术难度大、成本高,仪器装置体积大,在内陆水域中的适用性低。针对内陆水域CO_(2)气体溶解度较高、环境复杂多变的实际特点和降低成本的目标,本研究使用低成本的国产蝶形近红外(1603 nm)激光器、紧凑型光学多通池和脱气膜等元器件搭建了一套用于检测水中CO_(2)溶解度的测量系统。该系统由基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的CO_(2)气体检测系统和基于膜脱气技术的水气分离装置两部分组成,整个系统可以完整的集成在两个15寸的仪器箱内,实现了设备的小型化。通过测量一组不同浓度的CO_(2)标准气体确定了TDLAS气体检测系统的CO_(2)气相浓度计算公式和性能,系统测量CO_(2)的下限为3.91×10^(-4)(积分时间5 s)。创新性的提出了一种基于气体检测系统和特氟龙气袋的简易有效的CO_(2)标准水溶液配置方法;深入探究了液相CO_(2)溶解度和脱气后的气相CO_(2)浓度之间的关系。确定了在脱气流程和参数不变的情况下,CO_(2)水中溶解度和析出气体浓度之间呈线性关系,并利用线性拟合建立了液相CO_(2)溶解度的反演公式。利用Allan方差等方法深入探讨了系统的噪声情况和检测灵敏度,系统检测水中CO_(2)溶解度的灵敏度可达1.15μmol·L^(-1)(积分时间100 s),检查下限约为3.22μmol·L^(-1)。最后对多种水样中的CO_(2)溶解度进行了实际测量,结果表明本系统可以有效检测出自来水、纯净水、河水、鱼缸水等水样中CO_(2)溶解度,测量值与调研分析结果基本一致,证明了该装置在实际应用场景中的卓越效果与可靠性。为发展小型、低成本的水中溶解气体原位探测设备提供了重要的技术参考,在水生态环境检测和温室气体治理方面具有重要的意义。
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关键词
TDLAS技术
紧凑型多通池
膜脱气技术
水中气体溶解度
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职称材料
题名
基于近红外TDLAS和脱气膜的水中溶解CO_(2)检测技术
1
作者
魏志涵
张俊森
顾萱
许盼
何博扬
叶标
韦欣欣
孟鑫
薛国刚
王静静
机构
江苏师范大学物理与电子工程学院
出处
《光谱学与光谱分析》
北大核心
2025年第9期2452-2458,共7页
基金
国家自然科学基金项目(62005108,62205134)
徐州市基础研究计划项目(KC23078)
+1 种基金
江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目(202410320115Y)
江苏师范大学大学生创新创业训练计划项目(XSJCX14246)资助。
文摘
内陆水域作为碳循环关键,其溶解气体监测对评估碳源/汇、气候变化等至关重要。现有原位水中溶解气体探测技术聚焦于海水中的溶解气体检测,检测限低、技术难度大、成本高,仪器装置体积大,在内陆水域中的适用性低。针对内陆水域CO_(2)气体溶解度较高、环境复杂多变的实际特点和降低成本的目标,本研究使用低成本的国产蝶形近红外(1603 nm)激光器、紧凑型光学多通池和脱气膜等元器件搭建了一套用于检测水中CO_(2)溶解度的测量系统。该系统由基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的CO_(2)气体检测系统和基于膜脱气技术的水气分离装置两部分组成,整个系统可以完整的集成在两个15寸的仪器箱内,实现了设备的小型化。通过测量一组不同浓度的CO_(2)标准气体确定了TDLAS气体检测系统的CO_(2)气相浓度计算公式和性能,系统测量CO_(2)的下限为3.91×10^(-4)(积分时间5 s)。创新性的提出了一种基于气体检测系统和特氟龙气袋的简易有效的CO_(2)标准水溶液配置方法;深入探究了液相CO_(2)溶解度和脱气后的气相CO_(2)浓度之间的关系。确定了在脱气流程和参数不变的情况下,CO_(2)水中溶解度和析出气体浓度之间呈线性关系,并利用线性拟合建立了液相CO_(2)溶解度的反演公式。利用Allan方差等方法深入探讨了系统的噪声情况和检测灵敏度,系统检测水中CO_(2)溶解度的灵敏度可达1.15μmol·L^(-1)(积分时间100 s),检查下限约为3.22μmol·L^(-1)。最后对多种水样中的CO_(2)溶解度进行了实际测量,结果表明本系统可以有效检测出自来水、纯净水、河水、鱼缸水等水样中CO_(2)溶解度,测量值与调研分析结果基本一致,证明了该装置在实际应用场景中的卓越效果与可靠性。为发展小型、低成本的水中溶解气体原位探测设备提供了重要的技术参考,在水生态环境检测和温室气体治理方面具有重要的意义。
关键词
TDLAS技术
紧凑型多通池
膜脱气技术
水中气体溶解度
Keywords
TDLAS
Compact multi-pass cell
Membrane de
gas
s
in
g technology
gas
solubility
in
water
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分类号
O433.4 [机械工程—光学工程]
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出处
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被引量
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1
基于近红外TDLAS和脱气膜的水中溶解CO_(2)检测技术
魏志涵
张俊森
顾萱
许盼
何博扬
叶标
韦欣欣
孟鑫
薛国刚
王静静
《光谱学与光谱分析》
北大核心
2025
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