紫外差分吸收光谱法在烟气二氧化硫监测中的应用优化

引言

工业烟气中二氧化硫排放是造成大气污染的重要源头，精准监测其浓度是开展污染治理与排放管控的前提。紫外差分吸收光谱法凭借实时在线、非接触测量的优势，成为烟气二氧化硫监测的主流技术之一。然而，当前该方法在复杂烟气环境中应用时，易受光谱干扰、环境因素波动等影响，导致监测数据偏差。探索科学地应用优化策略，提升方法的抗干扰能力与稳定性，对强化烟气污染监管具有重要现实意义。

一、紫外差分吸收光谱法应用存在的问题

（一）光谱干扰因素复杂

烟气成分复杂，除二氧化硫外还含有氮氧化物、水汽、颗粒物等多种物质，这些成分在紫外波段可能存在吸收光谱重叠，形成光谱干扰。部分物质的特征吸收峰与二氧化硫的吸收峰接近，导致光谱解析时难以准确分离目标信号，造成浓度计算偏差。同时，烟气中颗粒物的散射作用会改变光传播路径，使光谱信号产生衰减与畸变，进一步增加光谱识别难度。

（二）环境影响与系统稳定性不足

烟气温度、湿度的剧烈变化会影响紫外光的传播特性与气体分子的吸收行为，导致光谱基线漂移，降低测量重复性 [1]。监测系统长期运行后，光学部件易受烟气中腐蚀性成分侵蚀与颗粒物附着，造成光源强度衰减、光路偏移，影响光谱信号质量。此外，仪器电路系统受电磁干扰时，会导致数据采集噪声增加，进一步降低监测数据的稳定性与准确性。

二、紫外差分吸收光谱法应用的核心原理

（一）光谱吸收与差分解析机制

紫外差分吸收光谱法基于气体分子对特定波长紫外光的选择性吸收特性，通过测量不同波长下的光强衰减计算气体浓度。利用二氧化硫在紫外波段的特征吸收峰，选取其强吸收波段与弱吸收波段进行差分处理，消除背景干扰与光强波动的影响。通过建立光谱吸收模型，将实测光谱与标准光谱库进行比对分析，实现对二氧化硫浓度的定量反演。

（二）系统构成与信号处理逻辑

监测系统主要由紫外光源、光路传输模块、光谱仪、数据处理单元等部分组成。紫外光源发射连续光谱，经烟气腔体与目标气体作用后，透射光由光谱仪采集并转换为电信号。数据处理单元对原始光谱数据进行平滑、基线校正、特征提取等预处理，通过差分算法分离目标吸收信号与干扰信号，结合定量分析模型计算二氧化硫浓度，最终输出监测结果 [2]。

（三）环境适配与误差控制原理

系统设计需考虑烟气环境特性，通过温控、除湿等辅助装置稳定测量环境，减少温度、湿度变化对光谱测量的影响。采用抗腐蚀、耐磨损的光学材料制作核心部件，增强系统对复杂烟气的适应性。在数据处理中引入误差补偿算法，对光路衰减、部件老化等因素导致的测量偏差进行修正，提升系统长期运行的稳定性。

三、紫外差分吸收光谱法应用的优化策略

（一）优化光谱预处理与解析方法

为提升烟气中二氧化硫浓度检测的准确性，需构建多维度光谱分析算法体系。首先，开发高精度光谱去噪模块，采用小波变换与自适应平滑滤波结合的技术：通过小波多尺度分解分离噪声与有效信号，针对不同频段噪声特性设置阈值函数，再结合滑动窗口平滑滤波进一步抑制高频随机噪声，显著降低背景干扰，增强特征吸收峰的辨识度。其次，建立多组分光谱干扰校正模型，系统分析烟气中水分、二氧化碳等常见干扰物质的吸收光谱特性，通过特征波长匹配构建干扰补偿函数，利用偏最小二乘回归实现干扰信号的精准剥离，完成二氧化硫特征光谱的有效分离。最后，优化光谱定量反演算法，引入支持向量回归等非线性拟合技术，结合交叉验证优化模型参数，有效减少浓度计算中的系统误差，大幅提升低浓度场景下的检测精度。

（二）强化环境干扰抑制与系统防护

在监测腔体设计中，集成高精度温控模块，采用 PID 闭环控制技术，将腔内温度稳定在范围内，通过恒温环境抑制气体分子热运动的不规则波动，减少温度变化引起的光谱吸收系数漂移。串联高效除湿装置与多级颗粒物过滤组件，采用膜分离技术将烟气湿度控制，结合 HEPA 滤网拦截微米级粉尘，显著降低水汽与颗粒物导致的光散射及非特异性吸收干扰。对腔体内光学镜片进行多层耐腐蚀涂层处理，选用氟化物薄膜材料抵抗烟气腐蚀；建立定期维护机制，采用无水乙醇清洁光路系统，防止污染物附着造成的光路衰减与信号畸变，保障长期监测稳定性。

（三）完善系统校准与运行维护体系

建立多维度校准机制是保障监测系统精度的核心措施。每月通过三级标准气体开展浓度梯度校准，依据气体特性动态调整光谱仪的积分时间与增益参数，确保测量基准的稳定性与准确性。每季度专项开展光路对准校验工作，借助氦氖激光准直技术对光源与光谱仪的光路同轴度进行精密调节，同时通过四象限探测器实时监测光斑偏移状态，及时修正光路偏差。

制定精细化的系统运行维护规程，明确光学镜片的每周清洁标准，包括清洁工具选用、擦拭流程及洁净度检查要求；规范电路模块的每月绝缘检测项目，涵盖线路连接可靠性、绝缘电阻测试等内容 [3]。建立电子化运维日志体系，持续记录设备关键运行参数的变化趋势，结合预设的阈值预警机制，对参数异常波动及时预警并排查潜在故障，为系统全年稳定运行提供全流程保障。

结语

紫外差分吸收光谱法在烟气二氧化硫监测中的应用效果直接关系到污染管控的精准性，当前存在的光谱干扰、环境影响等问题制约了技术优势的发挥。通过优化光谱解析方法、强化环境干扰抑制、完善校准维护体系等策略，可显著提升方法的监测精度与稳定性。持续推动技术应用优化，强化系统对复杂烟气环境的适应性，为工业烟气二氧化硫排放监管提供可靠技术支撑，助力大气污染防治工作深入开展。

参考文献

[1] 王光培 . 固定污染源中二氧化硫在线监测方法优化 [J]. 清洗世界 ,2025.

[2] 李瑞姣 , 李焓 . 基于紫外差分吸收光谱的高温便携式气体分析仪的设计 [J]. 计测技术 ,2020.

[3] 叶凯迪 , 秦敏 , 方武 , 等 . 深紫外波段苯的差分光学吸收光谱 DOAS 定量方法研究 [J]. 光谱学与光谱分析 ,2021,41(10):3007-3013.