基于倍频二极管激光的汞气高精度连续监测方法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61775049
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0507.光谱信息学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The current methods for monitoring mercury emissions generally face urgent problems of low accuracy and poor continuity. This project proposes a novel method that uses highly efficient double-frequency-based tunable diode lasers to replace the traditionally used mercury lamps, and the accurate and continuous mercury measurement can be guaranteed by sufficient acquirement of the characteristics of the mercury absorption spectrum. In this project, an accurate isotope-based spectral model of mercury absorption will be established with the key physical parameters accurately acquired using high-resolution spectrum measurement techniques, and the effects of different physical conditions on the mercury absorption spectrum will also be studied. On this basis, a double-frequency-based ultraviolet tunable continuous laser source will be set up by using a newly available 507 nm laser diode, and highly sensitive methods will be developed by combining the cavity enhanced spectroscopy and the wavelength modulation spectroscopy, following which we will explore a phase-shift-based technique for online calibration of absorption pathlength, and investigate methods and their principles to realize long-term stable measurement by employments of the harmonic-based frequency locking technique and the correlation spectroscopy. This research aims to develop a new mercury monitoring method with a detection limit better than 1 ng/m3 and a response time less than 10 s, which not only provides a completely new solution for the requirement of highly accurate and continuous monitoring of coal combustion mercury emissions, but also offers a novel way for the development of techniques for monitoring other industrial heavy metal pollutions, and thus have wide application prospects.
当前的汞气监测方法普遍面临精度不高和连续性不够的问题亟待解决。本项目提出解决这一问题的新思路:采用高效倍频可调谐二极管激光替代传统的汞灯光源,通过充分获取汞气特异性吸收光谱特征来实现汞气的高精度连续监测。项目结合高分辨光谱测量技术从同位素层面建立精确的汞气吸收光谱理论模型,研究不同物理条件下的汞气吸收光谱特性;在此基础上利用最新面世的507 nm二极管激光器构建高效倍频紫外可调谐连续激光光源,研究腔增强光谱结合波长调制光谱技术实现高灵敏光谱测量的有效方法,探索基于相位移动检测的吸收光程在线实时标定技术,研究基于谐波锁频和关联光谱技术的光谱稳定检测方法和原理,旨在最终发展出检测限优于1 ng/m3、响应时间小于10 s的新型汞气监测方法。研究结果不仅可为燃煤汞排放的高精度连续监测需求提供一个全新的解决方案,同时有望为其它工业重金属排放监测技术提供一个新颖的发展思路,具有广阔的应用前景。

结项摘要

汞污染是近年继硫氮污染和颗粒物污染之后又一广受关注的污染问题。当前的汞气监测方法通常采用单一固定波长的低压汞灯作为光源,没有实现真正的意义的光谱测量,普遍面临精度不高和连续性不够的问题。针对这一问题,本项目提出采用高效倍频可调谐二极管激光替代传统的汞灯光源,通过充分获取汞气特异性吸收光谱特征来实现汞气的高精度连续监测。. 本项目从同位素层面(涵盖汞的7种稳定同位素)建立了精确的汞气吸收光谱理论模型,利用最新面世的507 nm二极管激光器采用外腔反馈控制技术和倍频技术构建了中心波长253.7 nm的紫外可调谐连续激光光源,研究了倍频激光波长调制光谱和吸收光程延长等高灵敏光谱测量方法,研究了双波长激光同步扫描、关联光谱和光学啁啾链等实时稳定光谱测量方法,探索了基于光学调频连续波的多点气体传感方法,发展出一种新型基于二极管激光光源的汞气高精度连续监测方法,实现了ng级检测限和秒级响应时间。基于相关研究成果在Photonics Research、Optics Letters、Optics Express等光学领域权威期刊发表SCI论文9篇(含中科院物理类一区和二区论文6篇),申报国家发明专利5项(授权2项)。. 项目研究成果为汞等工业重金属污染排放监测提供了一个全新的解决方案,具有广阔的应用前景。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Rapid spectroscopic gas sensing using optical linear chirp chain
使用光学线性啁啾链进行快速光谱气体传感
  • DOI:
    10.1038/s41398-021-01256-3
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Lou Xiutao;Yuan Ziyue;Dong Yongkang
  • 通讯作者:
    Dong Yongkang
Simultaneous measurement of gas absorption spectra and optical path lengths in a multipass cell by FMCW interferometry
通过 FMCW 干涉仪同时测量多通道池中的气体吸收光谱和光程长度
  • DOI:
    10.1136/thorax-2022-btsabstracts.57
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Optics Letters
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Lou Xiutao;Chen Chen;Feng Yabo;Dong Yongkang
  • 通讯作者:
    Dong Yongkang
Multi-point spectroscopic gas sensing based on coherent FMCW interferometry
基于相干FMCW干涉测量的多点光谱气体传感
  • DOI:
    10.1364/oe.389746
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Lou Xiutao;Feng Yabo;Chen Chen;Dong Yongkang
  • 通讯作者:
    Dong Yongkang
Rapid and Broadband Spectroscopic Gas Sensing By Extended Optical Linear Chirp Chain
  • DOI:
    10.1109/jlt.2021.3077943
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Lightwave Technology
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Lou Xiutao;Yuan Ziyue;Dong Yongkang
  • 通讯作者:
    Dong Yongkang
Microwave photonic notch filter with a tunable frequency and a bandwidth based on gas absorption
具有基于气体吸收的可调谐频率和带宽的微波光子陷波滤波器
  • DOI:
    10.1364/ol.45.000248
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Optics Letters
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Yuan Ziyue;Lou Xiutao;Dong Yongkang
  • 通讯作者:
    Dong Yongkang

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Preparation method of liquid/liquid interface self-assembled silver nanoparticle surface enhanced raman spectroscopy filter paper base
液/液界面自组装银纳米粒子表面增强拉曼光谱滤纸基的制备方法
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  • 发表时间:
    2014-06-09
  • 期刊:
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  • 作者:
    哈斯乌力吉;林爽;林翔;娄秀涛;杨芳;吕志伟
  • 通讯作者:
    吕志伟

其他文献

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基于相干探测光学调频连续波的高性能气体光谱检测方法研究
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  • 批准年份:
    2021
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  • 项目类别:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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