太空站出現毒氣 色譜、光譜分析技術追蹤空氣溯源
2020-06-24 10:02:21來源：admin
國際空間站是人類探索太空的橋頭堡，作為運行在近地軌道上的科研設施，也同樣是遠離地球的“孤島”。在這座“孤島”之外，是人類無法生存的太空，因此每一點空氣和水都顯得極為珍貴。自1998年正式建站以來，國際空間站曾發生過多次意外事故，包括空氣泄漏、管道漏水等。通常宇航員都可以很快發現并解決問題。在科幻小說中經常出現的驚險場景現實里并沒有那么容易出現。
最近，國際空間站又出現了新的意外情況。俄羅斯航天國家集團公司在上個月表示空間站內的有毒苯濃度正在增加。雖然還未達到最高容許濃度，對空間站內的人員沒有危害，但是根據目前的報道有毒苯的來源還沒有確定。據美國家航空航天局發布的消息，空間站的宇航員正在使用美國的AQM空氣質量監測儀檢測俄羅斯“星辰”號艙內的苯濃度，并嘗試追蹤苯的來源。
苯是常見的室內空氣污染物，不僅會對神經系統造成損害，還會破壞造血功能，引發白血病。相關國家標準中使用的苯的檢測方法是氣相色譜法，利用活性炭管采集空氣中的苯，然后通過熱脫附解析儀將苯進行解吸，再用氣相色譜法進行分析。然而在空間站中，由于裝備和操作復雜，這一方法并不適用。
宇航員使用的AQM空氣質量監測儀，原理是差分吸收光譜(DOAS)技術——基于比爾朗伯定律，利用痕量氣體在紫外可見光波段的窄帶吸收特性來鑒別氣體成分，并根據窄帶吸收強度來計算目標氣體的濃度。通過長光程吸收DOAS可以測量到濃度很低的氣體成分，同時差分技術的應用也可以排除氣溶膠和儀器反射等因素的消光影響。自上世紀80年代初德國科學家提出DOAS技術的雛形后，由于其技術簡單、成本較低，并且可以實現多種氣體成分的可靠檢測，因此發展迅速。
正如空間站中宇航員將其應用于尋找空氣中苯的來源，DOAS技術的應用非常廣泛。除了檢測大氣對流層和平流層中痕量氣體的濃度分布和變化，還可以監測氣體污染物排放以及應用于科研中。
我國對于DOAS技術的研究略晚于國外，因此在技術的研發上也與國外有一定差距。雖然目前國內的環境監測站等機構已經有一部分配置了主動式差分吸收光譜系統，但能夠實現較為準確的分析的只有二氧化硫、二氧化氮、臭氧、甲醛等少數幾種氣體。研究DOAS技術的科研機構也只有中國科學院安徽光學精密機械研究所、天津大學和復旦大學等少數幾所。
DOAS技術的實時監測、較低的成本以及簡單的設備要求使其在空氣質量監測方面有著很大的應用前景。并且DOAS技術還實現了大氣環境污染的完全非接觸在線自動監測，能完全真實反映大氣的污染狀況，將成為大氣監測的主流。
