二氧化硫 (SO2) 和三氧化硫 (SO3) 是工业废气排放中的重要物质, 对环境和人体健康危害很大, 但对于他们在排放过程中的原位-在线测量一直是个挑战。采用可调谐二极管激光吸收光谱 (TDLAS) 技术, 基于 7.16 μm 量子级联激光器 (QCL) 对 SO2 和 SO3 进行同时检测, 通过波长调制光谱技术提高测量系统的灵敏度和鲁棒性。在高温低压条件下采用单光程-小体积的气体吸收池利用 TDLAS 同时测量 SO2 和 SO3 的吸收谱线, 测量的 SO2 和 SO3 的吸收光谱充分分离, 从而确保了测量的准确性。同时, 修正了温度变化对 SO2 气体浓度测量的影响, 并提出了用已知浓度的 SO2 来定标未知浓度的 SO3 气体。Allan 方差分析表明, 在 34 s 的积分时间内, SO2 的最小检测限达到了1.98×10-6 cm3·cm-3, SO3 可探测的最低浓度为 1.575 ×10-6 cm3·cm-3。 系统的上升响应时间约为 16 s, 下降响应时间约为 18 s。

鉴于近年来突发事故和雾霾等污染现象时有发生, 其危害范围广、 危害程度深, 因此迫切需要掌握污染影响的区域、 范围、 强度以及污染扩散的趋势。 而污染源、 污染气体的二维快速成像分布在确定气体泄漏源定位、 鉴别突发事件以及鉴定污染范围和污染影响的过程中占绝对优势。 基于面阵CCD探测器, 利用紫外滤光片分光的成像技术实现了对丰台电厂烟囱排放的烟羽进行快速成像测量; 采用烟气在线监测技术获取的SO2实时浓度作为参考浓度, 经转换之后标定成像系统, 标定结果表明SO2斜柱浓度与光学厚度呈线性关系, 相关系数0.958, 满足成像理论可被解析的先决条件; 考虑到成像系统视场角小, 使镜头在上风向偏离烟羽区域拍摄的图片作为背景, 任取背景图上的一行像素, 这些像素的光学强度表明上风向强度均匀, 无其他干扰影响; 测量过程中, 为了减小烟羽变化带来的误差, 鉴别目标气体的310 nm滤光片与祛除气溶胶影响的330 nm滤光片对烟羽交替成像; 最后根据线性最小二乘拟合获取了2017年5月20日12点30分左右的SO2斜柱浓度的二维分布及其时序图。 测量结果显示在烟囱出口附近出现SO2斜柱浓度高值, SO2斜柱浓度高值约为1.7×1017 molec·cm-2; SO2斜柱浓度分布图直观显示SO2浓度的扩散趋势, 表明下风向SO2斜柱浓度沿着烟羽的扩散轴减小缓慢, 在大气浮力、 烟羽流体动力学以及风向共同作用下, 垂直于烟羽扩散轴的方向上, 扩散轴上方的SO2斜柱浓度小于其下方浓度, 但基本趋势是垂直于扩散轴的两侧SO2斜柱浓度衰减很快; 在下风向距离烟囱中心28米的区域, 取SO2斜柱浓度与高斯曲线进行拟合, 拟合系数0.747, 表明风向方向: SO2斜柱浓度扩散遵循高斯扩散; 根据SO2斜柱浓度时序图, 获得了烟羽的传播速度约为1.2 m·s-1; 为了验证紫外非色散成像系统测量结果的可靠性, 在已知烟羽SO2排放量（9.2 g·s-1）、 烟羽速度（1.2 m·s-1）、 烟羽高度（约140 m）及周边环境的情况下, 采用高斯烟羽扩散模型进行理论预测, 成像系统的测量结果与烟羽模型的模拟结果对比表明: SO2斜柱浓度的测量值及扩散趋势与理论预测基本一致。 利用基于滤光片的快速成像方法实现了对固定点源排放的污染气体SO2斜柱浓度的成像测量, 最终成功获取了烟羽中SO2斜柱浓度的分布及扩散的趋势, 测量结果与模型模拟的一致性表明该成像方法有望为定量、 定性评估污染危害提供测量依据。

大气中二氧化硫(SO2)浓度很低,发出的荧光信号很弱,直接影响了SO2浓度的检测精度,并且传统荧光采集光路长,这阻碍了仪器的微型化发展。为提高荧光信号的采集效率以及仪器的检测精度,缩短传统光路,针对荧光随机性发散分布特征,利用ZEMAX软件进行痕量SO2荧光信号采集光路的设计,并与传统荧光采集光路进行对比仿真分析。仿真结果表明:优化后的荧光采集光路对荧光的采集效率约为22.6%,比传统荧光采集光路的采集效率高4倍,透镜组的像方主点到最佳采集点的距离减少了29.17%。优化后的光路有利于进一步实现已有大气痕量硫检测仪器的小型化改进与检测精度的提高。

为了初步探究淮南地区大气SO2及NO2的不同时空分布特征,采用自研的差分吸收激光雷达系统测得某地（淮南地区）部分月份大气SO2及NO2气体浓度分布廓线,并选取其中典型实例从气体水平浓度日变化、垂直浓度变化以及水平浓度月变化3个方面分析了SO2及NO2分布特点。结果表明,同一天夜晚时刻,SO2及NO2气体浓度大于下午时刻的气体浓度；SO2及NO2气体垂直浓度随高度增加呈递减趋势；SO2及NO2气体水平浓度月变化变现为冬季月份气体浓度最大,夏季月份气体浓度最小,春、秋季月份次之。SO2及NO2浓度变化特征是人群活动和气象条件变化共同作用的结果。

为监测燃煤电厂低浓度SO2排放, 达到国家超低排放标准, 提出一种短光程下测量低浓度SO2的方法.在已知温度压强条件下, 利用差分吸收光谱法, 由不同浓度的标准气体构建SO2差分吸收截面数据集; 根据数据集标准差及均值, 结合浓度反演结果, 将测量区间由200~400 nm逐步缩小到294~308 nm.对该区间内137个波长采样点, 用统计学方法, 借助标准差及均值表征差分吸收截面精度, 同时剔除误差较大的采样点, 得到该环境下最优采样点集和差分吸收截面最优数据集.在同等温度压强条件下, 利用该最优数据集和差分吸收光谱法, 能够以较高精度计算出烟气中SO2浓度.实验采用420 cm光程, 气室容积0.5 L, 气室内温度299.05 K, 压强101.33 kPa, 测量范围2~30 μL/L.实验结果表明该方法相对误差低于1.7%, 满量程误差低于1.3%, 零漂0.09 μL/L, 72 h内重复性良好.在420 cm光程条件下, 该方法能够高精度测量30 μL/L内的SO2气体, 解决差分吸收光谱法中浓度与光程之间的冲突, 适用于燃煤电厂超低排放监测仪器的研制.

研制了一套探测低层大气二氧化硫的车载可移动激光雷达系统.该系统选用的差分波长对为300.05 nm和301.50 nm.光源采用两台NdYAG激光器分别泵浦两台窄线宽染料激光器经过倍频来获得.激光经过合束、扩束后与望远镜同轴发射.后向散射信号被近牛顿式望远镜接收后, 通过光电倍增管转换为电信号, 然后被数据采集卡采集, 最后用来反演二氧化硫分布廓线.在淮南地区进行了针对近地面水平探测的外场实验, 结果表明, 在0.8~3.0 km范围内, 当晚二氧化硫浓度在20 μg·m-3上下波动, 气象部门地面仪器结果为18~22 μg·m-3, 实验结果与仪器结果具有可比性.

硫在富燃空气-乙炔火焰中可以形成CS双原子分子。 CS双原子分子的吸收轮廓与原子光谱吸收类似, 因此可以利用原子吸收光谱方法进行定量分析。 建立了高分辨连续光源原子吸收光谱法分析果脯中二氧化硫含量的方法。 果脯中的二氧化硫经酸化、 蒸馏、 过氧化氢氧化等过程转变为硫酸根, 通过连续光源原子吸收光谱法检测。 对影响二氧化硫检测灵敏度的乙炔流量、 火焰高度等仪器参数进行了优化, 并考察了样品中硫酸根、 硫代硫酸根等不同形态硫对二氧化硫分析的干扰。 优化条件下, 在257.961 nm波长的检出限为52.4 mg·kg-1; 相对标准偏差小于10%。 应用于北京市售果脯样品二氧化硫含量测定, 平均回收率在85.7%～115.7%之间。 该方法具有准确快速、 干扰少等优点, 拓宽了原子吸收光谱法的应用范围。

针对日益严重的植源性中药材中二氧化硫（SO2）浓度超标问题, 研究基于最新的三重串联四极杆电感耦合等离子体质谱（ICP-MS/MS）技术建立了一种快捷、 准确的二氧化硫检测方法。 该方法可以有效地降低背景中多原子离子的干扰, 提高检测灵敏度与标准曲线的线性范围。 使用氧气作为反应气, 对32S16O2-4和34S16O2-4的检出限分别为5.48和9.76 μg·L-1, 线性范围0.02～100 mg·L-1(r> 0.999）。 0.5　g中药样品加入6 mL硝酸和2 mL双氧水, 使用微波消解方式对样品进行消解。 选用柑橘叶标准参考物质对方法的可靠性进行考察, 样品平行处理测定6次后所得浓度值在标准值范围内。 结果表明, 本方法可以实现中草药中SO2浓度的准确测定, 样品处理过程以及样品中背景元素不会对定量结果的准确性产生干扰。

二氧化硫是大气中最常见、最重要的污染物之一。差分吸收激光雷达探测二氧化硫具有高时空分辨率、高探测精度等优点。用两台Nd:YAG激光器泵浦两台染料激光器后，通过倍频晶体得到测量大气二氧化硫所需的两个波长，它们分别是λon =300.05 nm和λoff =301.5 nm。将两束光束用几组反射镜合为一束光束，经扩束镜6倍扩束后垂直发射进入到大气中。接收望远镜收集两个激光波长的大气后向散射信号，信号采集单元记录两个波长的后向散射回波信号的垂直高度分布。通过数据反演获得二氧化硫的高度分布。初步实验结果表明，实验期间合肥西郊董铺岛垂直高度0.3~1.6 km的二氧化硫在0~14 ppb范围内波动。最后分析并估算了该二氧化硫差分吸收激光雷达的四个主要误差来源。

利用多波长差分吸收雷达同时观测Miyakejima（34°04′22″N,139°31′40″E）火山爆发在对流层产生的SO2、O3以及气溶胶。此观测技术通过合理选择激光波长对（（288.83nm,289.83nm）,（288.10nm,289.83nm））能消除观测数据中由于SO2、O3的吸收以及气溶胶散射导致的相互影响,提高观测精度。用波长对（288.10nm,289.83nm）测量O3的浓度,然后再用实测O3所产生的吸收矫正其对SO2观测（使用波长对（288.83nm,289.83nm）)浓度的影响;气溶胶消光系数通过实测弱吸收波长回波信号（或由532nm 的单波长回波信号）直接反演所得,并用来矫正气溶胶对SO2、O3观测产生的散射和消光误差;介绍了实验之前用于测试光路调试的定标误差分析,以及由于激光能量和实测大气的不稳定产生的统计误差。 实测火山爆发产生的对流层二氧化硫的浓度高达45ppb,测量误差小于10ppb,远远大于通常情况下二氧化硫的本底浓度1ppb;长期观测对流层臭氧的浓度约为45ppb,在2000年冬季对臭氧进行了时间为半个月的连续观测,最高浓度达250ppb,该高浓度臭氧可能来自于平流层的传输,该数据有助于研究对流层顶与平流层底交接区的大气运动。