阅读说明：本技术 一种气体中汞的检测系统和检测方法 (Detection system and detection method for mercury in gas ) 是由 敖小强 杨露露 于 2019-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及气体中汞的检测系统和检测方法。检测系统包括光源、双光束生成装置、测量池、参比池、汞吸附装置；双光束生成装置将光源发出的单光束分成平行的第一光束和第二光束,第一光束通过第一光路射向参比池,第二光束通过第二光路射向测量池；汞吸附装置用于吸附除去汞；测量池的出气口和汞吸附装置的进气口之间通过第一气路连接,汞吸附装置的出气口和参比池的进气口之间通过第二气路连接。本申请提出的气体中汞的检测系统,不需要增加背景气去除装置,无需测定背景气的组分,且不需要昂贵的贵金属材料作为汞吸附剂,进而提高了抗气体干扰的能力,降低了设备成本,能够用于现场实时检测过程,适用范围较广泛。(The invention relates to a detection system and a detection method for mercury in gas. The detection system comprises a light source, a double-beam generation device, a measurement pool, a reference pool and a mercury adsorption device; the double-beam generating device divides a single beam emitted by the light source into a first beam and a second beam which are parallel, the first beam is emitted to the reference cell through a first light path, and the second beam is emitted to the measuring cell through a second light path; the mercury adsorption device is used for adsorbing and removing mercury; the gas outlet of the measuring pool is connected with the gas inlet of the mercury adsorption device through a first gas path, and the gas outlet of the mercury adsorption device is connected with the gas inlet of the reference pool through a second gas path. The application provides a detection system of mercury in gas need not increase background gas remove device, need not to survey the component of background gas, and does not need expensive noble metal material as mercury adsorbent, and then has improved the ability of anti gaseous interference, has reduced equipment cost, can be used for on-the-spot real-time detection process, and application scope is more extensive.)

一种气体中汞的检测系统和检测方法

技术领域

本发明涉及一种汞检测系统，具体涉及一种能够消除气体中背景气的干扰，来检测气体中汞的检测系统和检测方法。

背景技术

汞作为环境中一种痕量重金属的污染物，进入人体后是很难排出的，并会在生物体的作用下转化为甲基汞，产生极强的生物毒性。由于生物体内汞的累积作用，汞会沿食物链逐渐向高端富集，最终影响人类的身体健康。

汞排放到水体中会严重污染当地的环境。元素汞(Hg⁰)排放到大气中能够在区域和全球范围内随着大气环流长距离运输，并沉降到一些远离污染源的地区，导致生物体内汞或甲基汞的含量增加，造成不可估量的健康损害和经济损失。

汞已然成为温室气体和持久性有机物后，又一种引人注目的全球性化学污染物。目前，汞的污染和控制问题已经成为全球环境问题的新热点和前言研究领域。

对于固定污染源烟气，其成分是非常复杂的，包括水、SO₂、NH₃、NO_x、VOCs等成分。尤其是SO₂、VOCs的存在对汞检测的影响较大。因为，汞检测采用的波长一般为253.7nm，而SO₂、VOCs在该波长处也有一定的吸收，从而会对汞的检测带来干扰。针对该问题，目前主要存在以下几种解决方案：

(1)采用CVAFS法，由于只有汞能产生一定的荧光信号，能够有效的避免烟气中其他成分的干扰，具有很高的可选择性。但是，该方法需要氩气作为保护气，通常需要将烟气汞先富集，然后再将氩气作为载气送入气室分析，无法实现真正的实时在线分析。

采用ZAAS法，由于检测波长***为两个波长，其中一个含有汞和干扰气体的浓度信号，另外一个只含有干扰气体的信号，从而可以通过数据处理过程有效的减小烟气中其他气体的干扰。

采用UV-DOAS法，可以通过检测其他干扰气体如SO₂的浓度来修正汞浓度的检测结果。但是，该方法在现场应用时，需要明确背景气体的种类和干扰成分，适用性受限。

(2)对烟气进行预处理，将烟气中的其他成分滤除掉，仅仅保留烟气汞，能够消除其他成分的干扰，降低对汞分析仪的检测要求，需要定期更换催化剂材料。但是，预处理过程会增加设备成本，导致设备结构更加复杂。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本申请旨在提出一种气体中汞的检测系统和检测方法，可用于待测气体样品中汞的在线连续测量、实验室分析、现场应急汞监测等，使用便捷且准确度高。

本申请提供了一种气体中汞的检测系统，所述检测系统包括光源、双光束生成装置、测量池、参比池、汞吸附装置；

所述双光束生成装置将所述光源发出的单光束分成平行的第一光束和第二光束，所述第一光束通过第一光路射向所述参比池，所述第二光束通过第二光路射向所述测量池；

所述测量池、参比池和所述汞吸附装置均设置有进气口和出气口；

所述汞吸附装置用于吸附除去汞；

所述测量池的出气口和所述汞吸附装置的进气口之间通过第一气路连接，所述汞吸附装置的出气口和所述参比池的进气口之间通过第二气路连接。

作为本申请可选的实施方式，所述双光束生成装置包括半透半反镜和反射镜；

所述半透半反镜接收来自所述光源的单光束后形成透射光和反射光；所述透射光作为所述第一光束并透过所述半透半反镜射向所述参比池，所述反射光经过所述反射镜的反射后作为第二光束射向所述测量池。

作为本申请可选的实施方式，所述汞吸附装置中设置有碘化活性炭。

进一步地，所述检测系统还包括检测装置，所述检测装置用于检测所述参比池的射出光束中的气体浓度信号以及所述测量池的射出光束中的气体浓度信号。

作为本申请可选的实施方式，所述检测装置包括第一探测器、第二探测器、差分装置；

所述第一探测器用于感应所述参比池的射出光束中的气体浓度信号，所述第二探测器用于感应所述测量池的射出光束中的气体浓度信号；

并且，所述第一探测器和所述第二探测器均与所述差分装置连接。

本申请还提供利用上述的检测系统检测气体中汞的检测方法，所述检测方法包括：

所述双光束生成装置将所述光源发出的单光束分成平行的所述第一光束和所述第二光束后，所述第一光束射向所述参比池，所述第二光束射向所述测量池；

将待测气体送入所述测量池中对所述第二光束进行吸收，然后经由所述汞吸附装置除去所述待测气体中的汞后，再送入所述参比池中，对所述第一光束进行吸收。

作为本申请可选的实施方式，所述双光束生成装置包括半透半反镜和反射镜；

所述光源发出的单光束经由所述半透半反镜后，得到透射光和反射光，所述透射光作为所述第一光束直接射向所述参比池，所述反射光经由所述反射镜反射后作为所述第二光束射向所述测量池。

作为本申请可选的实施方式，所述汞吸附装置中设置有碘化活性炭，用于除去所述待测气体中的汞。

进一步地，所述检测方法还包括：

采用检测装置检测所述测量池和所述参比池的射出光束中的气体浓度信号，得到所述待测气体中汞的浓度。

作为本申请可选的实施方式，所述检测装置包括第一探测器、第二探测器、差分装置，并且采用所述检测装置检测所述测量池和所述参比池的射出光束中的气体浓度信号，得到所述待测气体中汞的浓度包括：

采用所述第一探测器检测所述参比池的射出光束中的第一气体浓度信号，采用所述第二探测器检测所述测量池的射出光束中的第二气体浓度信号，采用所述差分装置对所述第一气体浓度信号和第二气体浓度信号进行差分处理，得到所述待测气体中汞的浓度。

本申请提出的气体中汞的检测系统中，不需要增加背景气去除装置，无需测定背景气的组分，且不需要昂贵的贵金属材料作为汞吸附剂，进而提高了该检测系统抗气体干扰的能力，降低了设备成本，能够用于现场实时检测过程，适用范围较广泛。

附图说明

图1为本申请提供的一种气体中汞的检测系统结构示意图。

图2为本申请的其中一种实施方式中气体中汞的检测系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本申请中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。在本申请的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶端”、“底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

如图1所示，为本申请提供的一种气体中汞的检测系统结构示意图。本申请提出的用于检测气体中汞的检测系统包括光源10、双光束生成装置20、测量池30、汞吸附装置40、参比池50。

双光束生成装置20能够接收光源10发出的单光束，而分成相互平行的双光束，分别为第一光束和第二光束。其中，第一光束通过第一光路射向参比池50中。第二光束通过第二光路射向测量池30中。

测量池30、汞吸附装置40、参比池50上均设置有进气口和出气口。

其中，汞吸附装置40用于吸附除去待测气体中的汞，而不会除去待测气体中的其它组分。进一步的，汞吸附装置40中设置有加热部件，通过控制加热温度，使得汞吸附装置40中发生的吸附反应只能够吸附除去待测气体中的汞，而不会除去其它组分。

测量池30、汞吸附装置40、参比池50依次连接。具体的，测量池30的出气口与汞吸附装置40的进气口之间通过第一气路连接。汞吸附装置40的出气口与参比池50的进气口之间通过第二气路连接。

其中，由于汞吸附装置40仅仅能够除去待测气体中的汞，而不会除去待测气体中的其它组分，进而根据测量池30和参比池50的射出光束中气体浓度的信号差值得出待测气体中汞的浓度值。

在本申请的一些实施方式中，汞吸附装置40中填充有碘化活性炭。碘化活性炭的价格便宜、且容易制备。碘化活性炭能够与单质汞形成稳定的HgI₂，在温度为90℃～110℃时，HgI₂能够以稳定态存在。而碘化活性炭对水、SO₂、VOCs的吸附为物理吸附，主要是靠活性炭的孔径来进行吸附，随着温度的升高，吸附性能降低。在温度为90℃～110℃时碘化活性炭对水、SO₂、VOCs的吸附非常微弱。可选地，控制汞吸附装置40的温度为100℃。

在本申请的其他实施方式中，根据不同的生产需求，汞吸附装置40中还可填充其它种类的汞吸附剂，相应的，需控制汞吸附装置40中的温度在不同值。

进而，汞吸附装置40仅仅除去待测气体中的汞，使得送入参比池50中的气体不含汞，而送入测量池30中的待测气体中含有汞，参比池50和测量池30的气体中除汞之外的其余气体成分是相同的，则二者的射出光束中气体浓度的信号差值即为待测气体中汞的浓度值。

进一步地，上述检测系统中还包括检测装置60。检测装置60用于检测测量池30和参比池50的射出光束中的气体浓度信号。

如图2所示，在本申请的一种实施方式中，双光束生成装置20包括半透半反镜21和反射镜22。其中，半透半反镜21能够接收来自于光源10的单光束，单光束经由半透半反镜21的作用后，会形成垂直的透射光和反射光。其中，透射光即作为第一光束直接透过半透半反镜21后射向参比池50。而反射光进一步经过反射镜22的反射作用后即作为第二光束射向测量池30。

可选地，在本实施方式中，半透半反镜21的反射面和反射镜22的反射面相互平行设置，便于形成平行的双光束。

在本申请的不同实施方式中，可以同时采集光源10发出的两个点，得到光强一致且平行的的第一光束和第二光束。

进一步地，如图2所示，检测装置60包括第一探测器61、第二探测器62和差分装置63。

其中，第一探测器61用于感应参比池50的射出光束中的气体浓度信号。第二探测器62用于感应测量池30的射出光束中的气体浓度信号。并且，第一探测器61和第二探测器62均与差分装置63连接。差分装置63将两种气体浓度信号值进行差分处理后，即得到待测气体中汞的浓度值。

进一步地，基于本申请的检测系统和原理，还能够用于其它元素的测定，也属于本申请的保护范围。

鉴于上述的气体中汞的检测系统，本申请还提供了一种气体中汞的检测方法，该检测方法包括：

双光束生成装置20将光源10发出的单光束分成相互平行的第一光束和第二光束。其中，第一光束射向参比池50，第二光束射向测量池30。

经由测量池30的进气口送入待测气体，对其中的第二光束进行吸收，再通过测量池30的出气口经由汞吸附装置40的进气口送入汞吸附装置40中。待测气体经由汞吸附装置40除去其中的汞后，再经由参比池50的进气口送入参比池50中，并对其中的第一光束进行吸收。

因此，对于相同光强的第一光束和第二光束，测量池30中的待测气体和参比池50中不含汞的气体分别对相同光强的光束进行吸收后，根据郎伯-比尔定律，通过检测吸光度的差异就能得到待测气体中汞的浓度值。

可选地，光源10发出的单光束经由半透半反镜21的处理后，会得到互相垂直的透射光和反射光。其中，透射光即作为第一光束直接射向参比池50中，反射光经由反射镜22的反射处理后即作为第二光束射向测量池30中。

可选地，汞吸附装置40中填充有碘化活性炭，用于除去待测气体中的汞。在汞吸附装置40工作时，汞吸附装置40中的加热部件进行加热至其中的温度为90℃～110℃，此时，待测气体中的汞能够与碘化活性炭形成稳定态的HgI₂。并且，在90℃～110℃温度时，碘化活性炭不会吸附待测气体中的水、SO₂、VOCs等组分。可选地，控制汞吸附装置中的温度为100℃。

进一步地，本申请的检测方法还包括：采用检测装置60检测测量池30和参比池50的射出光束中的气体浓度信号，二者气体浓度信号的差值，即为待测气体中汞的浓度。

可选的，采用第一探测器61检测参比池50的射出光束中的第一气体浓度信号，采用第二探测器62检测测量池30的射出光束中的第二气体浓度信号。然后，采用差分装置63对第一气体浓度信号和第二气体浓度信号进行差分处理，即得到待测气体中汞的浓度。

作为本申请可选的实施方式，本申请的检测方法采用冷原子吸收法，利用汞对253.7nm处波长的吸收进行汞浓度的测定。

作为本申请可选的实施方式，本申请的检测系统和检测方法用于环境空气和固定污染源的烟气中汞浓度的测定，能够解决目前固定污染源烟气中汞的在线监测过程中所存在的背景气对测量结果的干扰问题，提高了测量结果的准确性和操作的便捷性，检测过程的成本较低，且能够减少人工维护时间和维护次数。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。