气溶胶/灰霾的光学特性测量及光谱探测技术融合研究
成果信息
项目年度编号: 1700050991
限制使用: 国内
省市: 浙江
中图分类号: X513 X851
成果类别: 应用技术
成果公布年份: 2016
关键词: 气溶胶 灰霾 在线校准装置
成果简介: 该项目来源于质检公益性行业科研专项项目,项目编号201210061。该项目应用于环保领域,采用光声光谱法和腔衰荡法作为研究的核心技术,研制一套气溶胶光学特性测试仪器的在线校准装置,在校准装置的基础上,自主研制一套可全面测量气溶胶光学特性的小型化仪器,并在使用过程中开展示范工作,满足气溶胶光学特性检测仪器的量值溯源和检测校准需求。项目研发的装置性能指标如下:校准装置吸收系数测量不确定度为Ur=4%(k=2),消光系数测量不确定度为Ur=4%(k=2),散射系数测量不确定度为Ur=5.66%(k=2);小型化气溶胶光学特性检测仪器的吸收系数测量不确定度为Ur=4%(k=2),消光系数测量不确定度为Ur=4%(k=2)。该项目气溶胶检测仪器分别用于杭州市气象站进行现场比对应用测试、省环境监测中心进行现场校准应用测试,分别形成了现场比对测试、现场校准测试应用报告各一份。已发表或录用论文8篇,另外2篇在审,其中SCI录用4篇,EI录用4篇;申请发明专利2项,实用新型专利1项(已授权)。国内外同类技术比较情况:该项目研发的气溶胶光学特性测量装置与常用的测量仪器,如黑碳仪、浊度计相比,具有测量不确定度低,测量快速,测量参数更全面的优点。另外国内外有一些可以测量光学特性综合参数的仪器,如PAX-2000,CAPS Pmssa等,该类仪器直接测量散射系数和消光系数,而散射系数的测量从原理上存在测量误差,而该项目研发的装置用绝对测量的方法直接测量吸收系数和消光系数,误差更小,结果更准确。项目成果的先进性:国内首次融合光声光谱和腔衰荡光谱两种技术,实现了气溶胶光学特性物理定义上的直接测量,实现对吸收系数、消光系数、散射系数的准确测量。经浙江省科技信息研究院查新中心查新,本特点在国内相关文献中未见具体述及。光声法气溶胶吸收系数测量仪是国内首台套直接法测量仪。国内市场上主要是用黑碳仪、EC/OC监测仪测量黑碳、元素碳的浓度,进而通过换算得到气溶胶吸收系数。该方法的缺点是测量速度慢,而且黑碳、元素碳分别经过富集沉积、燃烧后,状态发生变化,检测结果未能全面实际反映气溶胶吸收系数。首次建立了腔衰荡法气溶胶消光系数测量仪和光声法气溶胶吸收系数测量仪的校准手段。采用氟利昂R134a、CO<,2>高纯气体以及NO<,2>气体作为标气,实现对腔衰荡光谱法气溶胶消光系数测量仪的校准。原来一般采用单一粒径、稳定浓度的气溶胶对腔衰荡法气溶胶消光系数测量仪进行校准、验证,但是这种方法复杂、不确定度高。而该方法的优点是利用气体本身的散射系数对测量结果进行校准、验证,方法简单且不确定度低。采用大气中的二氧化碳实现对光声法气溶胶吸收系数测量仪的在线校准。通常在实验室采用标准气体进行校准,但这种校准方法会由于标准气体成分与被测气体成分的差别、实验室环境与实际测量时环境的差异,而导致实验室的标定结果与实际测量时不符。该项目的装置搭载了高精度二氧化碳测试仪,用测到的大气中的二氧化碳的浓度值对系统进行在线校准,避免了环境和气体成分带来的误差,使用更方便,测量更准确。经浙江省科技信息研究院查新中心查新,上述特点在国内相关文献中未见具体述及。建立了气溶胶光学特性测量装置(如积分浊度仪、黑碳仪、能见度仪等)的高精度校准装置。基于腔衰荡和光声光谱测量技术的光学特性测量仪,消光系数的测量不确定度为4%,吸收系数的测量不确定度为4%,远高于市场上其他测量原理的仪器,可以作为标准装置和在线比对用仪器。直接经济效益:该项目成果可用于替代国外昂贵的进口产品,推动中国环境监测仪器的国产化水平。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中提出了"重点研究适合中国国情的重大环保装备及仪器设备,加大国产环保产品市场占有率,提高环保装备技术水平"。经调研发现,国内使用的光学特性检测装置大多是进口设备,国产设备很少。项目自主研究的大气气溶胶光学特性测量装置,提高了国产环保装备的技术水平,通过下一步对装置的产品化研究,将科研成果应用于实际工作中,为环境监测部门提供可靠的监测手段,提升环境监测部门对气溶胶监测能力和数据质量,协助相关部门建立气溶胶监测方面的技术标准并完善现有检测手段,形成具有自主知识产权的监测体系。社会意义:该项目的实施填补了气溶胶光学特性检测仪器的计量空缺,为提升计量水平提供了技术手段。浙江省环境监测中心以及浙江省气象局的调研结果显示,国内使用较多的大气气溶胶光学特性检测仪器有黑碳仪、浊度仪、能见度仪等,这些仪器没有成熟的校准方法,项目研究的仪器可以在线监测大气气溶胶的光学吸收特性,可以对现有相关仪器进行在线校准,不仅可以提高中国环境监测中气溶胶光学特性检测和校准的技术水平,提高大气环境监测结果的可靠性、一致性和稳定性,也将为中国的环境保护和应对全球气候变化提供技术手段。
申报信息
鉴定部门: 国家质量监督检验检疫总局
登记号: 16070002
相关人信息
完成单位: 浙江省计量科学研究院 浙江省环境监测中心 杭州泰林生物技术设备有限公司 浙江大学
完成人: 裘越 陈哲敏 杨星刚 尹瑞多 杜之平 姚磊 林峰 汪黎栋 潘孙强 张建锋 李国水 刘崇 刘斌 张翔 葛剑虹 傅军 田旭东 周柯锦 徐达 姚德飞 夏信群 胡美珠 赵振波 唐勇红 叶武青 周文
行业及专利信息
应用行业名称: 环境治理
应用行业码: 802
转让信息
投资信息
推广信息
联系信息
联系单位名称: 浙江省计量科学研究院
联系单位地址: 浙江省杭州市江干区下沙路300号1号楼B区
传真: (0571)85022293
邮政编码: 310018