化学气体毒剂杀伤快、易扩散、难处置,一旦使用或泄露将对国家安全和社会稳定造成巨大威胁,因此有必要发展一种可以现场实时检测化学毒害气体的方法.目前,传统气体检测方法主要包括红外吸收光谱、气相色谱/质谱、离子迁移谱和各种气体传感器等,但其便携性、灵敏度、广谱性难以兼得,无法完全满足现场检测需求.基于发射光谱(O ES)响应快、灵敏度高、广谱性好、可重复性强的独特优势,提出了一种大气压低温等离子体发射光谱检测技术.分别以纳秒高压脉冲、直流自脉冲和微波作为等离子体激励源,使用毒性较小的甲基膦酸二甲酯(DMMP)作为沙林模拟剂进行发射光谱检测;以乙醇作为环境有机干扰物,对乙醇与DM M P光谱进行了主成分分析;并探究了放电脉冲频率与特征光谱强度的关系.结果表明,三种激励源产生的等离子体都可辨别出DM M P特征光谱:P原子特征谱线波长为213.82和215.09 nm,PO基团谱带波长为253.67和255.6 nm.光谱识别度方面,使用微波激励源时DM M P特征光谱最为明显,而使用纳秒脉冲与直流自脉冲激励源时光谱连续本底强烈.方法适用性方面,微波等离子体无电极污染、但需要氩气维持,可作为建立毒害气体发射光谱数据库的手段;而纳秒脉冲与直流自脉冲激励源可在常压空气环境中直接检测.三种激励形式下等离子体区域都存在气体加热效应,微波等离子体气体温度最高(约1300 K),而纳秒脉冲和直流自脉冲放电气体温度相近(分别约为980和880 K).研究发现,提升脉冲重复频率可以显著增加DMMP特征光谱强度,其与脉冲频率在1～40 kHz内呈线性关系(相关系数大于0.98).所提出的大气压等离子体发射光谱检测方法具有响应快、操作简单等优点,可扩展性强、具有小型化潜力,为毒害气体快速检测装备研发提供了技术参考.

大气压等离子体;光谱诊断;气体检测

杨金传;安金龙;李聪;朱文超;黄邦斗;章程;邵涛

省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室,河北工业大学,天津 300130;河北省电磁场与电器可靠性重点实验室,河北工业大学,天津 300130;国民核生化灾害防护国家重点实验室,北京 102205;等离子体科学和能源转化北京市国际科技合作基地,中国科学院电工研究所,北京 100190;中国科学院大学,北京 100049

光谱学与光谱分析

[1]杨金传;安金龙;李聪;朱文超;黄邦斗;章程;邵涛-.大气压低温等离子体发射光谱检测含磷有毒气体(模拟剂)方法研究)[J].光谱学与光谱分析,2022(06):1728-1734

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