隨著工業(yè)化進(jìn)程加速和城市化水平提升，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，對(duì)污染物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需求愈發(fā)迫切。傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)方法（如實(shí)驗(yàn)室化學(xué)分析、單點(diǎn)采樣）存在時(shí)效性低、覆蓋范圍有限、難以反映動(dòng)態(tài)污染過程等不足。多通道紅外光譜儀憑借其快速、無損、高通量的特點(diǎn)，為環(huán)境污染物實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了創(chuàng)新解決方案。
一、技術(shù)原理與特點(diǎn)
1、核心技術(shù)：傅里葉變換紅外光譜（FTIR）
多通道紅外光譜儀通常基于傅里葉變換紅外光譜技術(shù)，通過干涉儀將紅外光分解為不同波長(zhǎng)的信號(hào)，并利用探測(cè)器捕獲樣品對(duì)特定波長(zhǎng)光的吸收特性。與傳統(tǒng)色散型紅外光譜儀相比，F(xiàn)TIR具有以下優(yōu)勢(shì)：
- 高光譜分辨率：可區(qū)分微小波長(zhǎng)差異，精準(zhǔn)識(shí)別復(fù)雜混合物中的分子結(jié)構(gòu)。
- 寬波長(zhǎng)范圍：覆蓋近紅外到遠(yuǎn)紅外區(qū)域（4000-400cm?¹），適用于多種污染物的檢測(cè)。
- 快速掃描：一次采樣即可獲取全光譜數(shù)據(jù)，顯著提升檢測(cè)效率。
2、多通道設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)
通過以下技術(shù)實(shí)現(xiàn)高通量分析：
- 陣列式探測(cè)器：采用焦平面陣列（FPA）探測(cè)器，可同時(shí)捕捉多個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多組分同步分析。
- 多光路耦合：通過分光系統(tǒng)將光源分配至不同通道，支持多點(diǎn)或多樣品并行監(jiān)測(cè)。
- 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理：集成專用算法，對(duì)多通道數(shù)據(jù)進(jìn)行快速基線校正、峰值識(shí)別和定量分析。
二、環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用場(chǎng)景
1、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)
場(chǎng)景1：揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）實(shí)時(shí)追蹤
多通道紅外光譜儀可部署在工業(yè)園區(qū)、城市街道等重點(diǎn)區(qū)域，通過車載或固定式監(jiān)測(cè)站，實(shí)時(shí)捕捉空氣中苯、甲苯、二甲苯等VOCs的特征吸收峰。例如，在石化廠區(qū)周邊，儀器可同步監(jiān)測(cè)多個(gè)排放口的污染物濃度，為污染溯源和預(yù)警提供數(shù)據(jù)支持。
場(chǎng)景2：顆粒物與氣態(tài)污染物協(xié)同分析
結(jié)合紅外光譜與顆粒物采樣技術(shù)，可區(qū)分PM2.5中無機(jī)離子（如硝酸鹽、硫酸鹽）和有機(jī)成分（如多環(huán)芳烴）的占比，揭示霧霾形成機(jī)制。2021年北京冬季重污染過程中，某研究團(tuán)隊(duì)利用多通道FTIR系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)燃煤與機(jī)動(dòng)車排放的疊加效應(yīng)，為應(yīng)急減排提供科學(xué)依據(jù)。
2、水體污染監(jiān)測(cè)
場(chǎng)景1：工業(yè)廢水成分快速篩查
在河流斷面或污水處理廠入口，多通道紅外光譜儀可非接觸式檢測(cè)水中油類、重金屬絡(luò)合物（如鉻酸酯）、有機(jī)染料等污染物。例如，通過透射模式分析地表水樣，可在30秒內(nèi)完成對(duì)苯系物、酚類等特征譜圖的匹配，取代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室萃取-色譜法的長(zhǎng)周期流程。
場(chǎng)景2：飲用水安全在線預(yù)警
集成光纖探頭的多通道系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自來水管網(wǎng)中的微污染物（如消毒副產(chǎn)物CHCl?）。通過建立光譜數(shù)據(jù)庫與機(jī)器學(xué)習(xí)模型，儀器能在ppb級(jí)別檢測(cè)到異常波動(dòng)，防范水質(zhì)事故。
3、土壤與固體廢物檢測(cè)
場(chǎng)景：重金屬污染快速篩查
利用漫反射模式，多通道紅外光譜儀可分析土壤表面官能團(tuán)變化，間接推斷重金屬（如鉛、鎘）與有機(jī)質(zhì)的結(jié)合狀態(tài)。在農(nóng)田修復(fù)工程中，該技術(shù)曾用于現(xiàn)場(chǎng)篩選砷污染區(qū)域，指導(dǎo)分區(qū)域治理策略。
多通道紅外光譜儀以其高通量、快速響應(yīng)和無損檢測(cè)的特性，正在重塑環(huán)境監(jiān)測(cè)范式。
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