我国科研团队在激光吸收光谱气体监测技术领域取得新突破
中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所的张志荣研究员团队近期在宽谱吸收气体基线重建技术研究方面取得了显著进展。该成果以《基于激光吸收光谱的烷烃混合气体宽谱吸收特性基线重建研究》为题，发表在国际知名学术期刊《分析化学》(Analytical Chemistry)上。
直接吸收光谱技术是激光吸收光谱中应用最广泛的气体定量方法之一。然而，该方法的测量精度高度依赖于对入射光强度基线（即无气体存在时的光强信号）的准确提取。对于丙烷、丁烷等具有宽谱带吸收特性的烷烃类气体而言，其吸收谱线密集、连续分布，往往缺乏明确的无吸收区域。这种特性使得传统的基线校正手段，如无吸收环境下的预测量法或多阶多项式拟合法，在工业环境中难以满足动态监测的需求，常导致校正效果不佳甚至完全失效，成为制约该技术高精度应用的关键障碍。
为应对油气储罐泄漏监测等工业安全场景中对烷烃标志性气体实时高精度监测的需求，研究团队提出了一种创新的双波长基线重建策略。该方法基于物理机制而非复杂的算法假设或大量数据训练，核心思想是利用光路中不同波长通道之间的物理关联。团队发现，在多次反射吸收池中，温度波动或光学元件微小抖动等因素所引发的光强变化，在不同波长之间表现出高度相关性。
基于这一物理特性，团队成功构建了一个目标波长（1686 nm，用于丙烷和丁烷监测）与参考波长（1653 nm，用于甲烷监测）之间的线性模型。通过实时跟踪参考波长通道中基线的变化，模型能够同步并精准重建目标波长通道中原本难以获取的宽谱吸收基线。这一方法有效克服了宽谱吸收气体缺乏“锚定”点的难题，为实现高精度测量提供了技术保障。
实验结果显示，在-10°C至30°C的动态温度变化条件下，该基线重建技术的均方根误差保持在1.63%以下。当将其应用于丙烷、丁烷及其混合气体的吸光度计算时，测量误差的最大相对值仅为1.7%。该成果将原本困扰直接吸收光谱技术的核心测量问题，转化为基于物理关联的可测量技术路径，为石油化工等复杂工业场景中宽谱气体的在线实时监测提供了新的解决方案。
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