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7.6 ㎛ 파장 영역의 다중 광 흡수 신호 파장 변조 분광법을 이용한 이산화황 농도 측정
송아란(Aran Song),정낙원(Nakwon Jeong),배성우(Sungwoo Bae),황정호(Jungho Hwang),이창엽(Changyeop Lee),김대해(Daehae Kim) 한국청정기술학회 2020 청정기술 Vol.26 No.4
세계보건기구에 따르면 대기오염은 건강에 대한 주요 위험원으로 대기오염으로 인해 매년 약 700만 명의 조기 사망이 발생하고 있다. 이산화황(SO₂)은 대표적인 대기오염물질로 황 성분이 포함된 연료의 연소에서 다량 발생한다. SO₂ 발생량을 감소시키기 위해서는 대형 연소 환경에서 이를 실시간으로 정밀하게 측정하고 측정 값을 바탕으로 저감 설비를 최적화하는 과정이 필요하다. 이 논문에서는 미세먼지 전구물질인 SO₂의 농도를 측정하기 위해 파장 가변형 다이오드 레이저 흡수 분광법 중 파장 변조 분광법을 이용하였다. 광원으로는 7.6 ㎛ 양자 폭포 레이저를 사용하였고 7623.7 ~ 7626.0 ㎚ 사이의 64개 다중 광흡수선으로 SO₂다. SO₂ 농도는 고농도(1000 ~ 5000 ppm)와 저농도(10 ppm 이하)로 두 종류로 실험 하였다. 추가적으로 가스 셀 외에 레이저가 지나가는 경로에 질소를 채워 대기 중의 H₂O가 SO₂ 측정에 미치는 영향을 확인하였다. SO₂는 3 ppm까지 측정하였고 측정된 SO₂ 농도는 전기 화학식 센서와 NDIR 센서 측정 결과와 비교되었다. According to the World Health Organization (WHO), air pollution is a typical health hazard, resulting in about 7 million premature deaths each year. Sulfur dioxide (SO₂) is one of the major air pollutants, and the combustion process with sulfur-containing fuels generates it. Measuring SO₂ generation in large combustion environments in real time and optimizing reduction facilities based on measured values are necessary to reduce the compound’s presence. This paper describes the concentration measurement for SO₂, a particulate matter precursor, using a wavelength modulation spectroscopy (WMS) of tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS). This study employed a quantum cascade laser operating at 7.6 ㎛ as a light source. It demonstrated concentration measurement possibility using 64 multi-absorption lines between 7623.7 and 7626.0 ㎚. The experiments were conducted in a multi-pass cell with a total path length of 28 and 76 m at 1 atm, 296 K. The SO₂ concentration was tested in two types: high concentration (1000 to 5000 ppm) and low concentration (10 ppm or less). Additionally, the effect of H₂O interference in the atmosphere on the measurement of SO₂ was confirmed by N₂ purging the laser’s path. The detection limit for SO₂ was 3 ppm, and results were compared with the electronic chemical sensor and nondispersive infrared (NDIR) sensor.