利用激光诱导击穿光谱原位在线检测褐煤及煤烟

作     者：刘娟 刘玉柱 储晨曦 卜令兵 张扬 LIU Juan;LIU Yu-zhu;CHU Chen-xi;BU Ling-bing;ZHANG Yang

作者机构：南京信息工程大学气象灾害与与评估协同创新中心中国气象局气溶胶与云降水重点实验室教育部气象灾害重点实验室江苏南京210044 江苏省大气海洋光电探测重点实验室(南京信息工程大学)江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044 江苏省气象探测中心江苏南京210000 上海卫星工程研究院上海201109 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2021年第41卷第3期

页      面：954-960页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家重点研发计划(2017YFC0212700) 国家自然科学基金项目(U1932149,41675133)资助 

主　　题：激光诱导击穿光谱 褐煤燃烧 原位在线检测 重金属 元素分析 

摘      要：褐煤是我国现阶段的主要用煤,但因为其较低的煤化程度,使用时会产生污染环境的二氧化碳和黑灰,而且烟尘中含有的金属离子会危害人体健康,所以开展对褐煤烟尘的研究非常有意义。而激光诱导击穿光谱技术(LIBS)具有快速、多元素同时分析的特点,适合用于煤烟的原位在线探测。实验制备了含铅浓度不同的三种褐煤样本(O,H,L),其中O为原始无铅样本,利用LIBS对褐煤及煤烟进行原位在线探测。实验仪器主要由激光器,反射镜,聚焦透镜,触发装置,载物平台和分析系统组成。用高纯度铅块校准实验中的的波长漂移。分析了褐煤样本O,H,L的元素成分。发现褐煤O中含有C,Si,Fe,Mg,Al,Ca,Sr,Na等元素,同时检测到空气中的元素N,O,H_(α)和H_(β)等,且含铅褐煤光谱中多出了8条铅元素的谱线,最后给出了褐煤中主要元素的光谱鉴别表。然后使用447 nm的连续光点燃褐煤,将1064 nm的脉冲光聚焦在煤烟上,对褐煤煤烟进行了原位在线检测。发现煤烟中含有Mg,Ca,Al,Sr,Pb等金属离子,说明了褐煤中的一些金属离子会随着煤烟排放到空气中并危害人体健康。经褐煤及煤烟的光谱比较,发现煤烟的信噪比更差,且所有元素的谱线强度都比在褐煤中弱很多,另外发现在烟尘中碳原子谱线的相对强度是所有元素中最高的(无明火),这说明LIBS可以有效探测CO_(2)。分析了实验中的CN分子谱,给出了CN分子的具体波长,并利用LIFBASE软件拟合了CN分子的转动温度和振动温度,分别为6780和7520 K。最后对样本H和L两种煤烟中的铅浓度进行分析,选取参考线(CaⅡ363.846 nm)归一化之后比较了铅元素在363.956,368.346和405.780 nm处的相对强度,发现这三条特征谱线的相对强度与自身实际所含的铅浓度呈很好的线性关系,验证了LIBS技术应用于煤烟中重金属元素半定量分析的可行性。