(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210489745.3 (22)申请日 2022.05.07 (71)申请人 湖北晋楚科技发展 有限公司 地址 435100 湖北省黄石市大冶市罗桥 街 道办事处丰元路2号 (72)发明人 曲卫红　张丽红　 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/64(2006.01) (54)发明名称 一种痕量臭氧浓度测量装置 (57)摘要 本发明属于化学发光法测量环境臭氧浓度 领域， 具体涉及一种痕量臭氧浓度测量装置。 所 述可拆卸恒温室的外形是长立方盒子， 椭球发光 室的长轴沿长立方盒子的长边方向， 长立方盒子 的长边大于椭球发光室的2倍长轴， 长立方盒子 的两个短边长度相同， 长立方盒子的短边长度大 于椭球发光室的2倍短轴； 可拆卸恒温室内部温 度在适合激发态NO2荧光产生的温度段中； 本发 明的有益之处是， 可拆卸椭球发光室安装在恒温 室内部， 利用椭球内部全反射光学特征和恒温室 温度恒温特点， 保持化学发光的最优温度， 提高 了臭氧检出限， 荧 光光利用率超过90%。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114720381 A 2022.07.08 CN 114720381 A 1.一种痕量臭氧浓度测量装置， 其特征是， 该臭氧浓度测量装置的可拆卸椭球发光室 安装在可拆卸恒温室 （10） 内部； 所述可拆卸恒温室 （10） 的外形是长立方盒子 （101） ， 椭球发 光室的长轴沿长立方盒子 （101） 的长边方向， 长立方盒子 （101） 的长边大于椭球发光室 的2 倍长轴， 长立方盒子 （101） 的两个短边长度相同， 长立方盒子 （101） 的短边长度大于椭球发 光室的2倍短轴； 长立方盒子 （101） 的四角设置固定螺丝座 （104） ， 长立方盒子 （101） 的上盖 和下盖是 活动盖， 上盖和下盖加密封垫用四角的螺丝固定； 长立方盒子 （101） 内部还设置加 热棒 （102） 和温度传感器 （103） ， 加热棒 （102） 和温度传感器 （103） 电连接MCU微处理器 （11） ， MCU微处理器 （11） 控制可拆卸恒温室 （10） 内部恒温;优选的可拆卸恒温室 （10） 内部温度在 适合激发态NO2*荧光产生的温度段中； 优选的椭球2 倍长轴小于或等于荧光传播距离100毫 米； 所述可拆卸椭球发光室包括左 椭球球壳 （1） 、 左右椭球球壳外六个法兰 耳下 （4） 、 石英玻 璃镜片 （5） 、 右椭球球壳 （7） 、 左右椭球球壳外六个 法兰耳上 （8） ； 左椭球球壳 （1） 和右椭球球 壳 （7） 采用铸铝椭球球壳， 铸铝椭球球壳内部抛光； 如图2所示， 在左椭球球壳 （1） 和右椭球 球壳 （7） 之间加入石英玻璃镜片 （5） ， 左椭球球壳 （1） 和右椭球球壳 （7） 通过外部的六个法兰 耳下 （4） 、 六个法兰耳上 （7） 螺纹通孔螺栓机械连接， 左椭球球壳 （1） 和右椭球球壳 （7） 合拢 形成可拆卸椭球发光室； 左椭球球壳 （1） 与石英玻璃镜片 （5） 组成密闭的发光反应室； 在左 椭球发光室的焦平面x= ‑c的横断面上， 从横断面上过焦点的水平线起， 沿顺时针方向设置 相向可密闭洞口， 依次设置标气输入管道 （3） 、 环境样气输入管道 （9） ， 环境样气输入管道 （9） 与标气输入管道 （3） 在一条过焦点的直径上； 在左椭球发光室的长轴上设置可密闭洞 口， 在可密闭洞口安装排气管道 （2） ； 在左椭球球壳 （1） 焦平面x= ‑f相向设置的环境样气输 入管道 （9） 、 标气 输入管道 （3） ， 围绕椭球球壳的焦点相向设置， 两种气体臭氧和NO的交汇 点 在左椭球球壳的焦点， NO气 体包裹臭氧气 体， 排气管道在左椭球球壳长轴上， 两种气 体交汇 混合激发化学发光在左椭球球壳焦点； 石英玻璃镜片 （5） 与 右椭球球壳 （7） 构成密闭的光电 转换室， 在右椭球球壳 （7） 沿椭球发光室 的焦平面x=f打孔， 装入光电倍增管 （6） ， 光电倍增 管 （6） 的光学窗口在右椭球球壳焦点上； 左椭球球壳 （1） 焦点的化学发光， 直射或经过椭球 球壳的内部反射， 穿过左椭球球壳 （1） 和右椭球球壳 （7） 之间的石英玻璃镜片 （5） 光学连接 右椭球球壳 （7） 焦点的光电倍增管 （6） 光学窗口； 排气管道 （2） 、 标气管道 （3） 和环境样气输 入管道 （9） 穿过可拆卸恒温室 （10） 左壁， 其中环境样气输入管道 （9） 管道连接样气流量计 （91） 入口端， 样气流量计 （91） 出口端管道连接蠕动采样泵 （92） 出气端， 蠕动采样泵 （92） 进 气端连接带有颗粒过滤装置的采样口 （93） ； 标气输入管道 （3） 管道连接标气流量计 （31） 入 口端， 标气流量计 （31） 出口端管道连接标气减压阀 （32） ， 标气减压阀 （32） 连接标气源 （33） ； 排气管道 （2） 管道连接单向阀 （22） ， 单向阀 （22） 连接废气排气口 （20） ， 单向阀 （22） 只允许单 向通气。 2.如权利要求1所述的一种痕量臭氧浓度测量装置， 其特征是， 标气减压阀 （32） 、 蠕动 采样泵 （92） 、 加热棒 （102） 、 温度传感器 （103） 和光电倍增管 （6） 电连接MCU微处理器 （11） ， MCU微处理器 （11） 电连接显示屏 （12） ； MCU微处理器 （11） 接收光电倍增管电量信 号， 转换为 臭氧浓度信号， 显示臭 氧浓度并上传上位机 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114720381 A 2一种痕量臭氧浓度测量装 置 技术领域 [0001] 本发明属于化学发光法测量环境臭氧浓度领域， 具体涉及一种 痕量臭氧浓度测 量装置。 背景技术 [0002] 日常所说的臭氧污染， 其实就是指的光化学烟雾。 光化学烟雾的实质是由汽车、 工厂等污染源排入 大气的氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物， 在太阳紫外线的照射下发 生光化学反应， 生成臭氧等二次污染物。 臭氧具有强烈的刺激性， 主要 是刺激和损害深 部呼 吸道， 并可损害中枢神经系统， 对眼睛有轻度的刺激作用。 通常臭氧浓度测量， 需要进口昂 贵的紫外测量仪器。 化学发光法测 量痕量臭氧浓度是近年的研究成果。 化学发光法测量痕 量臭氧的原理： 在反应室内相向通入NO标气与含有O3的气体， O3与NO反应生成激发态的 NO2*分子， 而NO2*分子不能稳定存在， 它会迅速衰减为基态的NO2， 时间小于1纳秒， 辐射出 中心波长为1200nm的荧光， 发光方向随机， 其光谱范围为600—3000nm。 在标气NO过量的情 况下， 可以近似认为O3完全耗尽反应， 所测得荧光 强度正比于 O3的浓度， 从而 可以准确的测 量环境中的痕量臭氧。 荧光信号弱， 光衰快， 仅能传播100毫米， 观测困难。 椭球化学发光反 应室的光学特点： 椭球内部有两个焦点， 从其中一个焦点发出的光， 经椭球内腔面反射后， 光线都会聚于另一个焦点上， 椭球发光室很好的化学发光反应室。 思路如下： 1.设定椭球发 光室的长轴为x轴， 从椭球发光室长轴原点竖平面切开， 为左右椭球发光室， 方便安装内部 器件， 左右椭球发光室的外沿等距分布六个法兰耳， 法兰耳中间设置螺纹通孔， 用螺栓把左 右椭球发光室合拢， 成一个完整的遮光密封椭球发光室， 满足腔内反射条件； 2.  左半椭球 发光室和右半椭球发光室采用铸铝件， 由于臭氧气体是强腐蚀介质， 椭球发光室内部抛光 铝膜可以反射光线， 也可以抵抗臭氧气体的强腐蚀。 3.在左右椭球发光室之间添加石英玻 璃镜片， 通过左右椭球发光室的六个法兰耳、 螺纹通孔、 螺栓把左右椭球发光室合拢后， 石 英玻璃镜片把椭球发光室分隔成两半， 左半椭球发光室内是密封的半椭球反应气室， 右半 椭球发光室是密闭的光学接 收室； 而椭球中间的石英玻璃镜片对化学发光完全透明， 仍然 满足椭球腔内光学反射规律。 4.在左半椭球发光室左 焦平面椭球发光室上相向设置环境样 气 （含臭氧） 输入管道、 标气输入管道， 环境样气 （含臭氧） 输入管道与标气输入管道的NO气 体交汇点即化学发光点在左半椭球发光室左焦点， 构成化学发光室； 在左椭球发光室长轴 位置对应椭球发光室上设置排气管道， 实时排出反应后的废气； 5.化学发光点在椭球的左 焦点， 左焦点的任一发光、 直接或经过椭球发光室内部某点反射、 汇 聚在椭球的右焦点， 构 成一个发光反射光程； 所有椭球内发光反射光程恒等于2c， 均 汇聚在椭球的右焦点； 6.在椭 球发光室的右焦平面安装光电倍增管， 光电倍增管吸光窗口在椭球的右焦点， 最大接 收椭 球内的全部方向的荧光。 7.  为了消除环 境温度对化学发光的影响， 椭球整体设置在恒温室 内。 椭球自身的热容量大， 可以抵消输入气体引起的温度下降； 椭球内部由MCU微处理器控 制温度恒定， 反应室内温度在化学发光的最佳区间。 8.  MCU微处理器定时启动采样气泵和 样气流量、 标气减压开关和标气流量， 流量比为1/10， 确保臭氧完全转换激发态NO2*发光。说　明　书 1/4 页 3 CN 114720381 A 3