背景概述
為了推進(jìn)國家環(huán)境空氣氨氣在線監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作,2020年底,應(yīng)中國環(huán)境監(jiān)測總站的邀請,海爾欣科技攜HT-8700(國產(chǎn))分別在北京和上海開展了大氣氨自動監(jiān)測設(shè)備對比測試實驗,與數(shù)臺進(jìn)口、國產(chǎn)的氨氣分析儀同臺競技,開展技術(shù)摸底實驗。
HT-8700是海爾欣自主研發(fā)的一款基于量子級聯(lián)激光吸收光譜原離(QCLAS)的高靈敏大氣痕量氨氣分析儀。它采用開放式光腔設(shè)計,避免了采樣管路對氨氣分子的吸附和遲滯效應(yīng)。不到100W的儀器功耗,非常適合在無電網(wǎng)區(qū)域的偏僻臺站和移動載具上部署和觀測。
圖1. HT-8700具備IP67設(shè)計防水標(biāo)準(zhǔn)可直接安裝于監(jiān)測站樓頂露天環(huán)境
在北京總站,工作人員測試了在不同標(biāo)氣濃度下儀器的響應(yīng)情況。
圖2.北京環(huán)境監(jiān)測總站標(biāo)氣測試響應(yīng)曲線
可以看出儀器從高濃度回落至零點附近的時間響應(yīng)非???,這也是直接光譜測量方法相比傳統(tǒng)的間接化學(xué)發(fā)光法的優(yōu)勢之一。通過對配氣濃度和測量濃度進(jìn)行線性擬合,得到儀器在0 - 700ppb測量范圍內(nèi)的測量/標(biāo)氣線性斜率為0.9983、R2 為0.99929。
圖3. 0 - 700ppb范圍線性擬合
在上海環(huán)境監(jiān)測站室內(nèi)環(huán)境,工作人員將HT-8700橫向安裝,測試了在低濃度范圍0--200ppb之內(nèi)的儀器性能。
圖.4 橫向安裝的HT-8700
圖5. 0 - 200ppb濃度階梯測試曲線
通過圖5曲線可以看出儀器的線性和穩(wěn)定性。對配氣濃度和測量濃度進(jìn)行線性擬合,可以得到斜率為0.98,R2 為0.99957。
圖6. 0 - 200ppb線性擬合
北京總站和上海總站的測試結(jié)果表明,在不同安裝方式和高濃度和低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體的測試下,HT-8700分析儀具有良好的線性度和準(zhǔn)確度。用戶可以根據(jù)不同應(yīng)用場景,選擇合適的安裝方式進(jìn)行測量。如:車載時可選擇橫向安裝,野外氨通量觀測時可選擇縱向安裝,當(dāng)主風(fēng)向穩(wěn)定時,也可選擇橫向安裝。
接下來,分別測試了零點噪聲,24H零點漂移,80%量程漂移及量程噪聲,20%量程漂移及20%量程精密度。
零點噪聲:1小時數(shù)據(jù)檢查HT-8700E的零點噪聲。
圖7. 1小時數(shù)據(jù)零點噪聲
根據(jù)HJ654-2013 中零點噪聲及檢出限的測試方法測試零點噪聲及檢出限。
經(jīng)過計算:零點噪聲S0:0.06ppb 檢出限RDL:0.12ppb。
漂移:按 HJ654-2013 的測試要求計算 24h的零點漂移、20%量程漂移和80%量程漂移。測試如下圖。
圖8. 80%量程(160ppb)24h漂移
圖9. 20%量程(40ppb)24h漂移
根據(jù)圖8和圖9測試結(jié)果,可以看到20%量程漂移和80%量程漂移均小于2%。說明HT-8700具有良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性。
測試結(jié)果:
零點噪聲:S0: 0.06ppb
檢出限RDL:0.12ppb
響應(yīng)時間*:2min
20%量程漂移:0.67%
20%量程精密度:2.15%
80%量程漂移:2.37%
80%量程噪聲:1.22ppb
此外,HT-8700也與基于激光腔衰蕩(CRDS)原理的某進(jìn)口的痕量氨分析儀在室內(nèi)進(jìn)行了數(shù)據(jù)比對。
圖10. HT-8700和進(jìn)口CRDS儀器測試對比
從圖10的對比數(shù)據(jù)中,我們可以看出HT-8700與基于激光腔衰蕩CRDS原理的進(jìn)口儀器的結(jié)果非常接近,雙方的變化趨勢,測量精度和響應(yīng)時間也相當(dāng)一致。
從本質(zhì)上來講,HT-8700既是一臺氨氣濃度分析儀,其*的高頻測量性能也使其具備利用渦動協(xié)方差(Eddy Covariance)技術(shù)實現(xiàn)氨通量的測量的能力。對于氨氣這類活性強(qiáng),本地化特性明顯的分子,通量測量是觀測氨排放源(Source)與匯(Sink)的重要方法,逐漸成為上對氨觀測的流行方法。因此,用戶選擇HT-8700系列產(chǎn)品,可以實現(xiàn)在大氣邊界層特定觀測條件下,大氣氨本底濃度與氨排放(沉降)通量數(shù)據(jù)的同時獲取。