太空站出现毒气空气分析追踪溯源

瑞利祥合

2020/06/28 10:03

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国际空间站是人类探索太空的桥头堡，作为运行在近地轨道上的科研设施，也同样是远离地球的“孤岛”。在这座“孤岛”之外，是人类无法生存的太空，因此每一点空气和水都显得极为珍贵。自1998年正式建站以来，国际空间站曾发生过多次意外事故，包括空气泄漏、管道漏水等。通常宇航员都可以很快发现并解决问题。在科幻小说中经常出现的惊险场景现实里并没有那么容易出现。

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最近，国际空间站又出现了新的意外情况。俄罗斯航天国家集团公司在上个月表示空间站内的有毒苯浓度正在增加。虽然还未达到最gao容许浓度，对空间站内的人员没有危害，但是根据目前的报道有毒苯的来源还没有确定。据美国家航空航天局发布的消息，空间站的宇航员正在使用美国的AQM空气质量监测仪检测俄罗斯“星辰”号舱内的苯浓度，并尝试追踪苯的来源。

苯是常见的室内空气污染物，不仅会对神经系统造成损害，还会破坏造血功能，引发白血病。相关国家标准中使用的苯的检测方法是气相色谱法，利用活性炭管采集空气中的苯，然后通过热脱附解析仪将苯进行解吸，再用气相色谱法进行分析。然而在空间站中，由于装备和操作复杂，这一方法并不适用。

YL6500GC气相色谱仪

YL 气相色谱仪

宇航员使用的AQM空气质量监测仪，原理是差分吸收光谱(DOAS)技术——基于比尔朗伯定律，利用痕量气体在紫外可见光波段的窄带吸收特性来鉴别气体成分，并根据窄带吸收强度来计算目标气体的浓度。通过长光程吸收DOAS可以测量到浓度很低的气体成分，同时差分技术的应用也可以排除气溶胶和仪器反射等因素的消光影响。自上世纪80年代初德国科学家提出DOAS技术的雏形后，由于其技术简单、成本较低，并且可以实现多种气体成分的可靠检测，因此发展迅速。

正如空间站中宇航员将其应用于寻找空气中苯的来源，DOAS技术的应用非常广泛。除了检测大气对流层和平流层中痕量气体的浓度分布和变化，还可以监测气体污染物排放以及应用于科研中。

我国对于DOAS技术的研究略晚于国外，因此在技术的研发上也与国外有一定差距。虽然目前国内的环境监测站等机构已经有一部分配置了主动式差分吸收光谱系统，但能够实现较为准确的分析的只有二氧化硫、二氧化氮、臭氧、甲醛等少数几种气体。研究DOAS技术的科研机构也只有中国科学院安徽光学精密机械研究所、天津大学和复旦大学等少数几所。

DOAS技术的实时监测、较低的成本以及简单的设备要求使其在空气质量监测方面有着很大的应用前景。并且DOAS技术还实现了大气环境污染的完全非接触在线自动监测，能完全真实反映大气的污染状况，将成为大气监测的主流。