空气中有机污染物的定性和定量分析

遥感FTIR在测量大气污染物时，按污染源的特性，可选择采用吸收光谱法和发射光谱法进行测量。按测量方式又可分为单端法和双端法，单端法以太阳光或月光为光源，不需要外置的中红外光源，双端法则需要外置的中红外光源。

1．吸收光谱法

与常规固体、液体和气体的红外光谱分析一样，首先测得没有污染气体的背景光谱，背景光谱可以是大气中的背景物体的辐射，也可以是外置的中红外光源的辐射，即可得到污染气体的吸收或透过率谱图，直接利用朗伯一比尔定律对污染物的浓度进行定量分析。

ζ(v) =exp(-K_sc_sI_s)                              (16-31)

式中，ζ(v)为频率为v时物质的透射率；Ks为待测气体的光谱吸收系数；c_s为待测气体的浓度；l_s为吸收光程，即待测气体污染云团的厚度。

(1)单端法

当测高空的辐射源，如烟囱的排放时，一般采用单端法。以太阳光或月光为参考光源，测污染气体对太阳辐射的吸收，求其透过率。如图16-11所示，首先让接收望远镜对准烟羽附近的无污染天空，测太阳光辐射，然后再用接收望远镜对准烟羽，测量气体对太阳辐射的吸收，求它的透射率。

图16-11单端法测量污染气体示意图

单端法的特点是测量时无需点采样，无需进行样品预处理；有对准任意方向收集数据的能力；可以夜间监测。

(2)双端法

如图16-12所示，让待测辐射污染源位于遥感FTIR谱仪和带有Dall-Kirkham准直光镜的Globar光源之间测量，求污染气体的透射率。

图16-12双端法测量污染气体示意图

双端法的特点是可以远距离、多种污染物实时监测；信噪比高、灵敏度高、检测速度快。

2.发射光谱法

本方法分为两个步骤，先从测得的红外源(热气体)的光谱辐射亮度，求得气体的透射率，而后根据朗伯-比尔定律计算浓度。具体步骤如下：

1)测出污染辐射源附近没有被污染的大气的单光束发射光谱S_b(v)作为背景；

2)对准污染辐射源(图16-13)，测定其单光束光谱S_s(v),S_s(v)-S_b(v)为扣除背景辐射后的污染辐射源的单光束光谱；

3)用其除以仪器响应函数，便得到污染辐射源的光谱辐射亮度W_s(v, T) ;

4)求得的气体的透射率为

式中，ζ(v)为频率为v时，气体的透过率；e(v)为频率为v时，气体的发射率；R (v, T)为仪器的响应函数；W_s(v, T)为辐射源的光谱辐射能量；W_bb (v, T)为同一温度下黑体的光谱辐射能量。

5)根据朗伯-比尔定律，求得气体的浓度。

ζ(v)=e^-Kv^cl                               (16-33)

图16-13发射光谱法测量污染气体的示意图