style="width:1.51323in;height:0.63998in" /> ………………………… (1) 本文是学习GB-T 34286-2017 温室气体 二氧化碳测量 离轴积分腔输出光谱法. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们
本标准规定了使用离轴积分腔输出光谱法测量环境大气温室气体二氧化碳浓度的方法概述、测量
条件、测量准备、测量方法和标校方法等。
本标准适用于开展温室气体二氧化碳浓度的测量。
下列术语和定义适用于本文件。
2.1
标气 standard gas
以干洁空气为底气、目标物质浓度已知的混合气体。
注：改写 QX/T 125—2011,定义10.2。
2.2
工作标气 working standard gas
用于对样品中目标物质浓度进行定量测量的标气。
注：改写 QX/T125—2011, 定义10.8。
2.3
目标标气 target standard gas
用于检查和评估测量系统运行状况而被当作样品进行定期和重复测量的标气。
注：改写 QX/T 125—2011,定义10.9。
2.4
样气 sample gas
由测量系统进行测量的气体。
2.5
直接测量法 direct measurement method
利用离轴积分腔输出光谱仪器直接对样气中目标物质浓度进行测量的方法。
2.6
标气外标测量法 external standard measurement
method
利用离轴积分腔输出光谱仪器交替测量工作标气、目标标气和空气中目标物质的浓度响应，再根据
工作标气中目标物质的浓度值计算得到目标标气或空气中目标物质浓度的方法。
根据目标物质的特征吸收光谱，使特定波长的激光偏离光轴入射充有样气的高精密谐振光腔，在高
效反射镜的作用下不断反射，通过测量和比较入射光和透射光的强度，从而得到样气中目标物质的
GB/T 34286—2017
浓度。
依据 Beer-Lambert
定律，当一束激光直接穿过目标气体时，某种分子的浓度与测量出的光谱吸收
关系如式(1):
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式中：
I 。—— 频率为 v 的激光穿过样气后的激光强度；
I 。—— 频率为 v 的激光进入腔室前的激光强度；
P — 气体压力；
S ——吸收系数；
史， ——跃迁线性方程；
L - 光程长度；
- 气体浓度。
3.2.1 测量方法分为直接测量法和标气外标测量法。推荐使用标气外标测量法。
3.2.2 直接测量法适用于不使用标气而进行的临时性、短时的测量。
3.2.3 标气外标测量法适用于长期、高精度测量。
离轴积分腔输出光谱仪器测量温室气体二氧化碳的主要技术指标见表1。
表 1 主要技术指标
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|---|---|
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| 24 h漂移(15 min平均) |
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— 发散角小于1 mrad, 发散光的光斑直径小于光学谐振腔镜的直径；
— — 工作温度偏差小于0.01℃;
——工作压力偏差小于360.0 Pa。
4.2.2 高精密光学谐振腔应满足如下基本要求：
— 谐振腔长度与高反射率透镜的曲率半径应满足的条件如式(2):
式中：
d — 腔长；
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(2)
GB/T 34286—2017
R₁ 、R₂— 高反射率透镜的曲率半径；
——腔体两端分别由高反射率曲面反射透镜密封；
——透镜反射率大于99%,轴线处于重合的最优位置。
4.2.3 光电探测器应满足如下基本要求：
— 感应面位于透镜焦点处；
——光谱响应范围覆盖待测物质的主要吸收光谱范围；
— 响应时间小于60 ns;
— 信号采集频率不低于200 Hz;
可检测到能量小于10-8J 的光信号。
5.1.1 样气进入仪器前，应滤除粒径大于2.5 μm 的颗粒物。
5.1.2 空气进入仪器前，宜进行除湿处理。
应使用浓度范围覆盖测量地点空气中二氧化碳浓度变化范围的标气对测量系统进行线性、重复性
和漂移等测试，测试合格后方可进行测量。
5.2.1.1
在相同测量条件下，利用至少3种不同浓度的标气进行测量。
5.2.1.2
不同浓度的标气应交替进行测量，每种标气的测量次数不少于3次，每次测量的时长不少于
5.2.1.3
在每次测量的时长内选取至少60%的稳定测量数据进行平均计算，得到标气每次测量的浓度
响应平均值。
5.2.1.4
对标气的浓度值和浓度响应平均值进行最小二乘法线性拟合计算，拟合优度应大于0.999。
5.2.2.1
在相同测量条件下，利用同一浓度的标气进行连续测量，测量时长不小于30 min。
5.2.2.2 计算300 s
时间步长的浓度响应平均值，测量时长内300 s 浓度响应平均值的标准差应小于
0. 1×10-⁶mol/mol。
5.2.3.1
在相同测量条件下，对同一浓度的标气进行连续测量，测量时长不小于24 h。
5.2.3.2 计算15 min
时间步长的浓度响应平均值，测量时长内浓度响应平均值的最大值与最小值间的
偏差应小于0.20×10-⁵ mol/mol。
6.1.1 经过处理的样气，通过采样控制装置进入仪器进行测量。
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6.1.2
采集仪器测量的输出信号和数据，计算稳定测量数据的算术平均值可得到不同时间分辨率的测
量结果。
6.1.3 当仪器的线性、重复性和准确性等发生变化时应及时调整仪器。
6.2.1 选取至少1瓶工作标气和至少1瓶目标标气用于空气测量。
6.2.2
当工作标气数量为1瓶时，其二氧化碳的浓度宜接近空气中二氧化碳的浓度；当工作标气数量
超过1瓶时，其二氧化碳浓度跨度宜覆盖测量地点空气中二氧化碳浓度的变化范围。目标标气的二氧
化碳浓度可根据需要选取，宜接近空气中二氧化碳的浓度。
6.2.3
工作标气、目标标气和空气宜交替进行测量；工作标气和目标标气宜每隔4
h～6h 测量一次，每 种标气的测量时长应不少于5 min。
6.2.4
选取测量时长内的稳定测量数据进行平均计算，分别得到工作标气、目标标气和空气中二氧化
碳的浓度响应平均值和标准偏差。
6.2.5
选用一个工作标气进行测量时，利用工作标气的二氧化碳浓度值和仪器测量的浓度响应平均
值，得到线性比例系数；再利用仪器测量的目标标气或空气中二氧化碳的浓度响应平均值计算得到目标
标气或空气中二氧化碳的浓度。
6.2.6
选用两个或多个工作标气进行测量时，利用多个工作标气的二氧化碳浓度值和仪器测量的浓度
响应平均值进行最小二乘法线性拟合，得到线性回归方程；再利用线性回归方程和目标标气或空气中二
氧化碳的浓度响应平均值，计算得到目标标气或空气中二氧化碳的浓度。
7.1 激光准直与光源调整应符合下列要求：
a)
调整光源发散光的准直，调制发散光的中心波长，使其位于二氧化碳吸收线的中心位置；
b) 调整激光入射角度使得光信号的信噪比达到最优；
c) 调整高精密谐振腔的密封，使其处于良好状态。
a) 选取标准等级高于待标标气的高等级标气进行标校；
b)
应至少选取三种浓度不同的高等级标气，其浓度范围应涵盖待标标气的二氧化碳浓度变化
范围；
c) 对高等级标气、待标标气交替进行测量，每种标气的测量时长不少于5 min;
d)
所有高等级标气、待标标气均完成一次测量为一个周期，标校周期不少于3个；
e)
按6.2计算得到每个标校周期中待标标气的二氧化碳浓度值和标准偏差，当3个连续标校周
期内的标准偏差均小于0.1×10-⁶ mol/mol
时，取3次结果的平均值作为待测标气的二氧化 碳浓度值；
f) 标气标校的时间间隔宜为1年。
7.3
更换关键部件、涉及测量性能的维修、仪器性能改变或有所怀疑时，应及时调整仪器。
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