专利名称：恒定磁场横向塞曼效应大气汞检测方法
技术领域：
本发明属于环境监测技术领域，具体是一种用于检测大气中痕量汞浓度的恒定磁场横向塞曼效应大气汞检测方法。
背景技术：
目前，国内外的用于检测汞的技术主要有两种，a)、一种是金汞齐技术，即汞原子与金化合物容易形成合金，高温下又分解释放出汞原子。采用金捕汞管获取汞样品，在仪器中采用高温加热把金捕汞管内捕获的汞释放出来，采用光谱吸收的方法检测汞浓度。金汞齐技术能够实现高精度的检测，但需要经常更换或者清洗金捕汞管，否则灵敏度下降，而且需要配氧气或者惰性气体作为载气，因为需要金汞齐，使用昂贵，且不能实现连续在线检测。b)、一种是利用同位素汞灯光源的纵向塞曼效应技术，如图I所示，同位素汞灯光源在磁场中沿磁场方向的光束为两个圆偏振光，利用萊原子对一个圆偏光不吸收，而对另外一个圆偏光有很强的吸收来实现精确扣背景。采用同位素汞灯光源的纵向塞曼效应技术，能够实现实时在线高精度检测，但同位素汞难以获取，制作同位素汞灯成本很高。
发明内容
为了克服金汞齐技术的不连续性检测，且需要载气和金汞齐，使用昂贵，而同位素汞灯光源的纵向塞曼效应技术的光源要求使用同位素汞灯，同位素汞获取难度大，同位素汞灯的制作成本高，本发明的目的是利用普通汞灯光源的恒定磁场横向塞曼效应原理实现大气汞浓度检测时背景的精确扣除，实现大气汞浓度含量的精确检测。为解决上述问题，本发明采用的技术方案是恒定磁场横向塞曼效应大气汞检测方法，包括有汞灯光源，其特征在于还包括有恒定磁场、偏振调制器、多次反射池、汞蒸气校准池、光电探测器、计算机，所述的汞灯光源置于恒定磁场中，萊灯光源沿垂直于磁场方向发射出偏振方向平行于磁场方向的31线偏振光和垂直于磁场方向的0 _、σ +线偏振光，萊灯光源发射出的线偏振光的光路上设有偏振调制器，偏振调制器将η线偏振光和σ_、σ +线偏振光分开，经过调制后的π线偏振光和σ_、σ +线偏振光交替通过偏振调制器后从多次反射池的进光口进入多次反射池，多次反射池的出光口的前方光路上设有光电探测器，计算机与偏振调制器、光电探测器控制连接；具体检测步骤如下I)通过汞蒸气校准池校准系统①在多次反射池的进光口处设有一个汞蒸气校准池，外界气体通过汞过滤器，经过去汞处理后的气体通过多次反射池的进气孔进入多次反射池，再通过多次反射池的出气孔排出多次反射池；②恒定磁场中的汞灯光源发射出的π线偏振光和σ_、σ +线偏振通过偏振调制器，偏振调制器调制出射偏振光的偏振方向，调制后的η线偏振光和σ_、0 +线偏振光连续交替通过偏振调制器后进入多次反射池，在多次反射池内，π线偏振光和σ_、σ+线偏振光先穿过饱和汞蒸气校准池，再在多次反射池内经过多次反射后从多次反射池的出光口出射，出射的η线偏振光和σ_、ο +线偏振光被光电探测器接收，计算机分析光电探测器接收到的η线偏振光和σ_、σ +线偏振光的信号后记录，得到系统的校准数据；2)检测大气中的汞含量
①外界气体直接通过多次反射池的进气孔进入多次反射池，再通过多次反射池的出气孔排出多次反射池；②恒定磁场中的汞灯光源发射出的π线偏振光和σ_、σ +线偏振通过偏振调制器，偏振调制器调制出射偏振光的偏振方向，调制后的η线偏振光和σ_、0+线偏振光连续交替通过偏振调制器后进入多次反射池，在多次反射池内经过多次反射后从多次反射池的出光口出射，出射的η线偏振光和σ_、σ+线偏振光被光电探测器接收，计算机分析光电探测器接收到的η线偏振光和σ_、σ +线偏振光的信号后记录，得到大气中的测量数据；3)根据系统的校准数据，与大气中的测量数据进行对比，计算出大气中的汞浓度。所述的恒定磁场横向塞曼效应大气汞检测方法，其特征在于所述的偏振调制器每次调制只允许一个偏振方向的线偏振光通过。所述的恒定磁场横向塞曼效应大气汞检测方法，其特征在于所述的恒定磁场是由永久磁铁产生的，汞灯光源放置于永久磁铁中。所述的恒定磁场横向塞曼效应大气汞检测方法，其特征在于所述的汞灯光源为锐线光源，锐线光源是无极放电灯或者灯两端成椭球形、中间圆管，椭球径向直径7-9mm，中间圆管内管直径1-1. 5mm,外管直径2. 5_3mm。所述的恒定磁场横向塞曼效应大气汞检测方法，其特征在于所述的光电探测器获取的η线偏振光和σ_、σ +线偏振光的强度信号按朗伯-比尔定律进行数据处理。所述的恒定磁场横向塞曼效应大气汞检测方法，其特征在于汞蒸气校准池是在密封的样品池内充有已知量的汞蒸气。本发明的工作原理是本发明基于汞灯光源在磁场中的横向塞曼效应，沿垂直磁场方向发射的光谱发生分裂，产生偏振方向平行于磁场方向的31线偏振光和垂直于磁场方向的σ_、0 +线偏振光。汞原子对π线偏振光的吸收强而对σ_、σ +线偏振光不吸收或吸收很小，对比分析光电探测器获取到的偏振光信号，实现高精度扣背景检测大气中汞浓度的含量。偏振调制器实现对线偏振光的连续调制，使η线偏振光和σ_、0+线偏振光交替的通过偏振调制器，进入多次反射池。将利用已知汞含量的饱和汞蒸气样品池测得的系统校准数据与大气直接测得的大气汞含量的数据对比，通过计算机计算出大气中的汞含量。与已有技术相比，本发明的积极效果在于I、本发明基于在恒定磁场中的发射光谱发生分裂，汞原子对π线偏振光的吸收强而对σ_、σ +线偏振光不吸收或吸收很小，对比分析光电探测器获取到的偏振光信号，实现高精度扣背景检测大气中汞浓度的含量。2、本发明采用多次反射池技术，增加汞原子对π线偏振光的吸收光程，从而增加测量灵敏度。3、本发明结构简单、精度高、成本低。
图I为同位素汞灯光源的纵向塞曼效应技术。图2为本发明横向塞曼效应扣背景原理图。图3为本发明的系统校准图。
图4为本发明的系统汞检测图。
具体实施例方式如图2-4所示,恒定磁场横向塞曼效应大气汞检测方法,包括有汞灯光源I、恒定磁场2、偏振调制器3、多次反射池4、汞蒸气校准池7、光电探测器5、计算机6，汞灯光源I 置于恒定磁场2中,萊灯光源I沿垂直于磁场方向发射出偏振方向平行于磁场方向的π线偏振光和垂直于磁场方向的σ _、σ +线偏振光,萊灯光源I发射出的线偏振光的光路上设有偏振调制器3，偏振调制器3将π线偏振光和σ_、σ +线偏振光分开，经过调制后的π线偏振光和σ _、σ +线偏振光交替通过偏振调制器3后从多次反射池4的进光口进入多次反射池，多次反射池的出光口的前方光路上设有光电探测器5,计算机6与偏振调制器3、光电探测器5控制连接；具体检测步骤如下I)通过汞蒸气校准池校准系统①在多次反射池4的进光口处设有一个汞蒸气校准池7，外界气体通过汞过滤器， 经过去汞处理后的气体通过多次反射池4的进气孔进入多次反射池4，再通过多次反射池4 的出气孔排出多次反射池4;②恒定磁场2中的汞灯光源发射出的π线偏振光和。_、σ +线偏振通过偏振调制器3，偏振调制器3调制出射偏振光的偏振方向，调制后的π线偏振光和σ_、σ +线偏振光连续交替通过偏振调制器3后进入多次反射池4，在多次反射池4内，π线偏振光和0_、 σ +线偏振光先穿过汞蒸气校准池7，再在多次反射池4内经过多次反射后从多次反射池4 的出光口出射，出射的31线偏振光和σ _、σ +线偏振光被光电探测器5接收,计算机6分析光电探测器5接收到的π线偏振光和0_、σ +线偏振光的信号后记录，得到系统的校准数据；2)检测大气中的汞含量①外界气体直接通过多次反射池4的进气孔进入多次反射池4，再通过多次反射池4的出气孔排出多次反射池4 ；②恒定磁场2中的汞灯光源I发射出的π线偏振光和σ _、σ +线偏振通过偏振调制器3，偏振调制器3调制出射偏振光的偏振方向，调制后的π线偏振光和σ_、σ +线偏振光连续交替通过偏振调制器3后进入多次反射池，在多次反射池4内经过多次反射后从多次反射池4的出光口出射，出射的Ji线偏振光和σ _、σ +线偏振光被光电探测器5接收，计算机6分析光电探测器5接收到的π线偏振光和0_、σ +线偏振光的信号后记录，得到大气中的测量数据；3)根据系统的校准数据，与大气中的测量数据进行对比，计算出大气中的汞浓度。偏振调制器3每次调制只允许一个偏振方向的线偏振光通过。恒定磁场2是由永久磁铁产生的,萊灯光源I放置于永久磁铁中。
汞灯光源I为锐线光源，锐线光源是无极放电灯或者灯两端成椭球形、中间圆管， 椭球径向直径7_9mm,中间圆管内管直径1-1. 5mm,外管直径2. 5_3mm。
光电探测器5获取的π线偏振光和σ _、σ +线偏振光的强度信号按朗伯-比尔定律进行数据处理。汞蒸气校准池7是在密封的样品池内充有已知量的汞蒸气。
权利要求
1.一种恒定磁场横向塞曼效应大气萊检测方法,包括有萊灯光源,其特征在于还包括有恒定磁场、偏振调制器、多次反射池、汞蒸气校准池、光电探测器、计算机，所述的汞灯光源置于恒定磁场中，萊灯光源沿垂直于磁场方向发射出偏振方向平行于磁场方向的31线偏振光和垂直于磁场方向的σ _、O +线偏振光，萊灯光源发射出的线偏振光的光路上设有偏振调制器，偏振调制器将η线偏振光和σ_、σ +线偏振光分开，经过调制后的π线偏振光和σ_、σ +线偏振光交替通过偏振调制器后从多次反射池的进光口进入多次反射池，多次反射池的出光口的前方光路上设有光电探测器，计算机与偏振调制器、光电探测器控制连接； 具体检测步骤如下 .1)通过汞蒸气校准池校准系统 ①在多次反射池的进光口处设有一个汞蒸气校准池，外界气体通过汞过滤器，经过去汞处理后的气体通过多次反射池的进气孔进入多次反射池，再通过多次反射池的出气孔排出多次反射池； ②恒定磁场中的汞灯光源发射出的η线偏振光和σ_、σ+线偏振通过偏振调制器，偏振调制器调制出射偏振光的偏振方向，调制后的η线偏振光和σ_、σ +线偏振光连续交替通过偏振调制器后进入多次反射池，在多次反射池内，η线偏振光和σ_、σ+线偏振光先穿过汞蒸气校准池，再在多次反射池内经过多次反射后从多次反射池的出光口出射，出射的η线偏振光和σ_、σ +线偏振光被光电探测器接收，计算机分析光电探测器接收到的π线偏振光和σ_、0 +线偏振光的信号后记录，得到系统的校准数据； .2)检测大气中的汞含量 ①外界气体直接通过多次反射池的进气孔进入多次反射池，再通过多次反射池的出气孔排出多次反射池； ②恒定磁场中的汞灯光源发射出的η线偏振光和σ_、σ+线偏振通过偏振调制器，偏振调制器调制出射偏振光的偏振方向，调制后的η线偏振光和σ_、σ +线偏振光连续交替通过偏振调制器后进入多次反射池，在多次反射池内经过多次反射后从多次反射池的出光口出射，出射的η线偏振光和σ_、σ +线偏振光被光电探测器接收，计算机分析光电探测器接收到的η线偏振光和σ_、σ +线偏振光的信号后记录，得到大气中的测量数据； .3)根据系统的校准数据，与大气中的测量数据进行对比，计算出大气中的汞浓度。
2.根据权利要求I所述的恒定磁场横向塞曼效应大气汞检测方法，其特征在于所述的偏振调制器每次调制只允许一个偏振方向的线偏振光通过。
3.根据权利要求I所述的恒定磁场横向塞曼效应大气汞检测方法，其特征在于所述的恒定磁场是由永久磁铁产生的，萊灯光源放置于永久磁铁中。
4.根据权利要求I所述的恒定磁场横向塞曼效应大气汞检测方法，其特征在于所述的汞灯光源为锐线光源，锐线光源是无极放电灯或者灯两端成椭球形、中间圆管，椭球径向直径7_9mm,中间圆管内管直径1-1. 5mm,外管直径2. 5_3mm。
5.根据权利要求I所述的恒定磁场横向塞曼效应大气汞检测方法，其特征在于所述的光电探测器获取的η线偏振光和σ_、0+线偏振光的强度信号按朗伯-比尔定律进行数据处理。
6.根据权利要求I所述的恒定磁场横向塞曼效应大气汞检测方法，其特征在于所述的汞蒸气校准池是在密封的样品池内充有已知量的汞蒸气
全文摘要
本发明公开了一种恒定磁场横向塞曼效应大气汞检测方法，基于汞灯光源在磁场中的横向塞曼效应，沿垂直磁场方向发射的光谱发生分裂，产生偏振方向平行于磁场方向的π线偏振光和垂直于磁场方向的σ-、σ+线偏振光；汞原子对π线偏振光的吸收强而对σ-、σ+线偏振光不吸收或吸收很小，对比分析光电探测器获取到的偏振光信号，实现高精度扣背景检测大气中汞浓度的含量；再将利用已知汞含量的汞蒸气校准池测得的系统校准数据与大气直接测得的大气汞含量的数据对比，通过计算机计算出大气中的汞含量。本发明采用多次反射池技术，增加汞原子对π线偏振光的吸收光程，从而增加测量灵敏度；本发明结构简单、精度高、成本低。
文档编号G01N21/31GK102621082SQ201210057419
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月7日 优先权日2012年3月7日
发明者刘宇, 刘文清, 司福祺, 李传新, 胡仁志 申请人:中国科学院安徽光学精密机械研究所