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海爾欣參與國家環(huán)境監(jiān)測總站氨氣分析設備測試
背景概述
為了推進國家環(huán)境空氣氨氣在線監(jiān)測技術(shù)標準的制定工作，2020年底，應中國環(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)測設備對比測試實驗，與數(shù)臺進口、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計，避免了采樣管路對氨氣分子的吸附和遲滯效應。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設計防水標準可直接安裝于監(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氣濃度下儀器的響應情況。
圖2.北京環(huán)境監(jiān)測總站標氣測試響應曲線
可以看出儀器從高濃度回落至零點附近的時間響應非?？?，這也是直接光譜測量方法相比傳統(tǒng)的間接化學發(fā)光法的優(yōu)勢之一。通過對配氣濃度和測量濃度進行線性擬合，得到儀器在0 - 700ppb測量范圍內(nèi)的測量/標氣線性斜率為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準氣體的測試下，HT-8700分析儀具有良好的線性度和準確度。用戶可以根據(jù)不同應用場景，選擇合適的安裝方式進行測量。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，當主風向穩(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
圖10. HT-8700和進口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，測量精度和響應時間也相當一致。
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，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。