開放光路FTIR監(jiān)測設(shè)備。
當(dāng)前，環(huán)境大氣污染物逐漸呈現(xiàn)種類多、差異大、排放復(fù)雜等特點(diǎn)，這些污染物排放特征為環(huán)境大氣監(jiān)測、源解析等帶來了新的挑戰(zhàn)。“亟需能夠進(jìn)行多組分同時測量，檢測靈敏度高，可以進(jìn)行點(diǎn)源、面源、區(qū)域等多種方式的全自動在線測量裝置。”中科院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所（以下簡稱安光所）環(huán)境光學(xué)中心研究員高閩光告訴《中國科學(xué)報》記者。
十多年來，在劉文清院士和劉建國研究員的帶領(lǐng)下，安光所環(huán)境光學(xué)中心率先將先進(jìn)光譜技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測。針對環(huán)境大氣立體化監(jiān)測需求，傅里葉變換紅外光譜（FTIR）技術(shù)可以組建包括固定污染源排放監(jiān)測、無組織排放監(jiān)測和排放通量監(jiān)測的立體化監(jiān)測體系。高閩光團(tuán)隊將FTIR技術(shù)成功應(yīng)用于泉州石化園區(qū)，打造了國產(chǎn)FTIR設(shè)備的品牌效應(yīng)。
FTIR技術(shù)的發(fā)展
FTIR技術(shù)是20世紀(jì)80年代興起的一門光譜學(xué)技術(shù)。自從20世紀(jì)70年代在紅外光譜中引進(jìn)傅里葉變換（FT）以來，大幅度地提高了紅外光譜（IR）的靈敏度、波數(shù)精度、分辨能力和應(yīng)用范圍。
高閩光說：“FTIR具備可測量譜帶寬、光譜分辨率高、信噪比高、掃描速度快等特點(diǎn)，因此該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多組分氣體實(shí)時在線監(jiān)測，在諸多方面得到廣泛的應(yīng)用和推廣。”
本世紀(jì)初，安光所在國內(nèi)率先開展了基于FTIR技術(shù)的氣體定量反演方法與監(jiān)測技術(shù)研究，研發(fā)了具有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)的雙臂掃擺式核心干涉儀模塊，相繼開發(fā)了可用于環(huán)境大氣在線監(jiān)測的多用途、多形式、多平臺的FTIR監(jiān)測系統(tǒng)。
FTIR技術(shù)作為一種新興的光譜檢測技術(shù)，具備對多組分氣體進(jìn)行實(shí)時、在線、連續(xù)和無人值守的監(jiān)測能力。高閩光指出，根據(jù)不同監(jiān)測需求，F(xiàn)TIR技術(shù)可以滿足化工園區(qū)固定污染源VOCs（揮發(fā)性有機(jī)物）氣體監(jiān)測、化工園區(qū)/廠界/區(qū)界等無組織排放監(jiān)測，以及化工園區(qū)排放通量遙測等不同層面的監(jiān)測需求，通過上述三個層面的連續(xù)監(jiān)測，可以構(gòu)建整個化工園區(qū)立體化、全方位的日常和預(yù)警監(jiān)測體系。
在北京奧運(yùn)會、廣州亞運(yùn)會、上海世博會、南京青奧會、北京APEC會議、杭州G20峰會等國家重大活動中，安光所利用自主研發(fā)的FTIR設(shè)備在重點(diǎn)化工園區(qū)多次承擔(dān)了立體化、全方位的大氣監(jiān)測保障任務(wù)，F(xiàn)TIR技術(shù)在化工園區(qū)VOCs氣體監(jiān)測等多個領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
無故障運(yùn)行兩年半
2014年初，安徽藍(lán)盾光電子股份有限公司福建分公司總經(jīng)理劉瓊通過與福建省監(jiān)測中心站溝通，確定在泉惠石化園區(qū)建設(shè)VOCs復(fù)合污染物立體化、實(shí)時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。
隨后安徽藍(lán)盾光電子股份有限公司（簡稱藍(lán)盾）與安光所環(huán)境光學(xué)中心高閩光研究團(tuán)隊合作，成立泉惠VOCs監(jiān)測項(xiàng)目聯(lián)合工作組，由安光所李相賢博士和藍(lán)盾環(huán)境事業(yè)部技術(shù)部部長呂長彬具體負(fù)責(zé)。
聯(lián)合工作組成立后，李相賢、呂長彬和藍(lán)盾技術(shù)部韓小斌工程師多次到泉惠石化園區(qū)進(jìn)行實(shí)地勘察。李相賢介紹：“我們針對石化園區(qū)VOCs排放因子種類多、排放源呈面源無規(guī)律分布、VOCs擴(kuò)散區(qū)域廣等特點(diǎn)，結(jié)合監(jiān)測現(xiàn)場地理環(huán)境、氣候條件以及污染物特征等綜合因素，確定采用開放光路FTIR技術(shù)對園區(qū)邊界區(qū)域VOCs進(jìn)行立體化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時監(jiān)測為最佳監(jiān)測方案。工作組同時對整個石化園區(qū)的VOCs監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)制定了詳細(xì)的項(xiàng)目建設(shè)方案。”
項(xiàng)目方案確定后，研究團(tuán)隊放棄高溫假的休息時間，針對現(xiàn)場臺風(fēng)頻繁、環(huán)境濕度大等特點(diǎn)，有針對性地設(shè)計了雙站對射式開放光路FTIR監(jiān)測系統(tǒng)；藍(lán)盾工程部王文、王振華、李飛等多位工程師也不畏酷暑，連夜奮戰(zhàn)，在最短時間內(nèi)完成了現(xiàn)場站房建設(shè)工作。
2014年7月，在安光所科研團(tuán)隊的努力下，兩套開放光路FTIR設(shè)備順利抵達(dá)管委會（五柳）和東湖監(jiān)測站點(diǎn)，隨后，安光所童晶晶、李相賢和藍(lán)盾工程部王文、王振華、李飛等多位工程師不畏酷暑，在最短時間內(nèi)完成了現(xiàn)場儀器安裝調(diào)試、氣體標(biāo)定等工作。
在儀器設(shè)備連續(xù)無故障運(yùn)行一年后的2015年7月，由福建省監(jiān)測中心站、泉惠石化園區(qū)等專家組成的項(xiàng)目驗(yàn)收組對一期項(xiàng)目進(jìn)行了項(xiàng)目驗(yàn)收。李相賢說：“經(jīng)過各項(xiàng)性能測試，完全滿足預(yù)期效果，加上設(shè)備試運(yùn)行期間穩(wěn)定可靠，兩套開放光路FTIR設(shè)備以優(yōu)異成績通過項(xiàng)目驗(yàn)收。”
據(jù)藍(lán)盾環(huán)境事業(yè)部總經(jīng)理魯愛昕介紹，截至目前，這兩套開放光路FTIR設(shè)備已經(jīng)連續(xù)無故障運(yùn)行兩年半，運(yùn)行期間，未發(fā)生一次儀器故障。
全面保障環(huán)境安全
在一期兩套開放光路FTIR監(jiān)測設(shè)備完美運(yùn)行的基礎(chǔ)上，為了完善工業(yè)園區(qū)的VOCs無死角監(jiān)測能力，二期監(jiān)測項(xiàng)目中將再增加兩套開放光路FTIR設(shè)備，以完成整個石化園區(qū)立體化、網(wǎng)絡(luò)化、全覆蓋VOCs監(jiān)測體系建設(shè)。
目前二期項(xiàng)目的東湖中學(xué)站點(diǎn)已經(jīng)完成儀器安裝調(diào)試工作，另一站點(diǎn)也正在緊鑼密鼓的建設(shè)當(dāng)中。
據(jù)高閩光介紹，二期項(xiàng)目完全建成后，四套開放光路FTIR設(shè)備將對整個泉惠石化園區(qū)形成全覆蓋態(tài)勢，在石化園區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民密集生活區(qū)邊界形成一道堅強(qiáng)的VOCs監(jiān)測屏障，必將有力地保障附近居民環(huán)境安全。
魯愛昕也指出，泉惠石化園區(qū)VOCs監(jiān)測系統(tǒng)是國內(nèi)基于FTIR技術(shù)建成的第一個立體化、網(wǎng)絡(luò)化、全覆蓋式VOCs監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。該園區(qū)VOCs監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的完美運(yùn)行具有很強(qiáng)的示范作用，對于提高國產(chǎn)FTIR設(shè)備影響力具有重要意義。
十多年來，在劉文清院士的指導(dǎo)下，安光所高閩光研究團(tuán)隊專注于FTIR設(shè)備研發(fā)工作，形成了一支光機(jī)電算專業(yè)齊全的科研隊伍。魯愛昕表示：“今后，我們將與該團(tuán)隊進(jìn)一步加強(qiáng)合作，共同推動國產(chǎn)FTIR設(shè)備的品牌效應(yīng)。”
