开放式长光程傅里叶变换红外光谱系统在环境气体分析中的应用

设计了一套用于环境气体分析的长开放光路傅里叶变换红外光谱系统。该系统具有往返250 m的开放式长距离采样光程,使用一台分辨率为1 cm-1的傅里叶变换红外光谱仪测量采样路径内的大气透过率光谱,然后进行非线性最小二乘光谱拟合,计算出待测组分浓度。实验部分通过选择特定波段分析了污染空气中CH4,CO,N2O和CO2的浓度,拟合残差的均方根误差小于1%。结果表明,该系统的结构简单,光路易于校准,环境适应性良好,测量速度快,采样范围广,可用于探测大气中一些重要的痕量和微量组分,开展较大区域的环境气体的监测和研究。

基于微机电系统红外光源的长光程气体检测

针对红外气体传感器对光源的要求,选用了一种宽波长、高调制频率、低功耗的小体积微机电系统(micro-electro-mechanic system,MEMS)红外光源作为辐射源,其各项性能均能很好的满足红外传感系统对于光源的要求。由于其面光源的朗伯辐射特性,整形之后的红外光数值孔径仍然很大,采用传统的长光程气室结构很难实现长光程从而提高系统的检测灵敏度。本文结合双波长单光路的差分检测方法,设计了一种基于积分球特性的吸收气室,有效地解决了MEMS红外光源在高灵敏度气体检测应用中难于实现长光程的问题;并运用光在传输过程中光通量守恒的原理,推导了此积分球吸收气室的等效光程,解决了积分球气室等效光程计算的难题;同时采用FPGA主控芯片对MEMS红外光源进行高频调制并处理探测器的输出信号,使得外围电路的设计更加简单、灵活。设计中,使用直径为5 cm的积分球吸收气室便可实现166.7 cm的等效光程,研究结果显示系统可测得的最小甲烷浓度达0.001×10^(-6),极大地提高了红外检测系统的灵敏度。

基于中红外吸收光谱的长光程仪器在环境空气监测中的应用

介绍了一种基于中红外吸收光谱的高灵敏长光程环境空气监测仪器,对其进行了实验室性能测试,并与点式化学发光法仪器进行了对比测试。实验室测试结果表明,长光程仪器的NO、NO_2和NH_3的零点和量程漂移均小于±1%F.S./24 h,示值误差均小于0.5%,重复性小于1%,稳定性小于±2.5%。现场比对测试结果表明,长光程和点式仪器对NO和NH_3的测量结果基本一致,NO2测量值的变化趋势基本一致,但是存在一定差异。

应用长光程傅里叶变换红外光谱仪监测石化厂区异常泄漏

利用长光程傅里叶变换红外光谱仪(open path fourier transform infrared,OP-FTIR)对炼油厂、油漆制造厂以及润滑油制造厂污染排放进行历时3至5天24小时连续监测,检测数据辅之气象资料以及生产操作记录和原料计量数据,经综合分析可溯源生产工艺设备、管线、阀门与连接管件、储罐(槽)以及排放管道的事故性泄漏点,提供给厂方有针对性地进行维修和改造,避免或减少生产过程中的物料流失,消除安全隐患及对大气的污染。

基于长光程近红外光声光谱的微量气体探测研究

针对采用高功率激光光源或外加功率放大设备以提高光声光谱探测灵敏度时存在系统成本较高和复杂度较大的缺点,基于普通一阶共振式光声池,引入Herriott型多次反射池技术,设计了一种基于长光程近红外光声光谱的微量气体探测系统.该系统通过Herriott结构使光束穿过光声池的光程增加,提高待测气体的吸收光强,并利用光声信号在光声池内共振增强的特性,实现在不增加光源功率的情况下有效增加光声转换功率,提高系统探测灵敏度.以NH 3为例进行的验证实验结果表明,在平均时间为100 s时,对NH 3的最低检测限达2.69×10^-7,1σ归一化等效噪声吸收系数为9.87×10^-11 W·cm^-1·Hz^-1/2,该系统结构简单,成本低廉,可以广泛应用于微量气体探测领域.

采用多光程长建模方法检测血液成分含量

为了提高近红外光谱血液成分含量分析模型的预测精度，利用多个光程长（optical path length，OPL）共同参与建模的方法进行血糖等6种血液成分的定量分析。通过微米位移机构实现不同光程长血液光谱的测量，由全自动生化分析仪给出生化成分分析结果，并出具化验单。采用偏最小二乘法（PLS2）进行血液的近红外光谱建模及预测。由于血液光谱存在显著的非线性特征，不同光程长的血液样本的等效吸收系数不同，同一波长不同光程长（0．20～1．25mm）测得的血液光谱互不相关。主动把非线性特性作为一种测量手段引入，不再利用单个的最佳光程长建模，而是用各个血液组分对应的多个最佳光程长的近红外光谱同时参与建立校正模型，进行血液成分的分析预测。研究结果表明，多光程长建模方法用于血液成分含量分析，可提高血液成分校正模型的预测精度。

长光程开放光路FTIR监测城市空气中C_2H_4浓度

傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)具有高分辨,高光通量、多通道等优点,用于监测大气中痕量气体浓度时,能达到ppb量级。利用自行组建的开放光路测量系统对北京燕山石化地区大气中的乙烯进行了连续监测,并对测量光谱进行了浓度反演。实验表明,该测量系统性能稳定,能以非接触的方式对空气中多种气体进行连续在线监测,及时反映测量区域内污染信息,较好地适应工业区气体污染监测的需要。

塑料挥发物长光程FTIR测量方法

塑料产品除了在自然环境中可降解为微塑料污染环境之外,还会产生挥发性有机物,同样对环境造成巨大的污染和危害,因此对塑料挥发物的测量就显得尤为重要。目前传统挥发物的测量方法,如环境质谱法和色谱法等,存在测量过程复杂,成本高,无法实时测量等缺点,因而需要一种快速有效的针对塑料挥发物的测量方法。采用傅里叶变换红外光谱仪(Fourier transform infrared spectrometer,FTIR Spectrometer)结合怀特池对塑料挥发物进行测量,但是由于抽取式傅里叶变换红外光谱仪本身灵敏度有限,很难实现微量的塑料挥发物的测量,所以针对这一问题,尝试通过长光程气体池提高常规傅里叶变换红外光谱仪的灵敏度从而实现不同种类塑料挥发物的测量。选取了5种塑料产品,分别是低密度聚乙烯(LDPE),高密度聚乙烯(HDPE),聚乙烯(PE),聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),聚丙烯(PP),利用光程长为20 m的怀特池结合傅里叶变换红外光谱仪实现了其中一些挥发物的光谱特征观测,实验观察到所有种类的塑料在2个光谱波数段具有明显的光谱特征,分别为800~850和1050~1150 cm^(-1)。除聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)外,其余4种塑料挥发物在2800~3000 cm^(-1)还存在明显的光谱吸收波段。进一步又研究了不同温度条件下塑料产生的挥发物,通过分析不同温度条件下的塑料产生的挥发物的红外光谱,发现除低密度聚乙烯(LDPE)在两种温度条件下光谱差异较大外,其他种类的塑料挥发物红外光谱差异较小。该研究提出了一种新型的基于长光程FTIR的塑料挥发物的测量方法,证实了其在塑料挥发物测量方面的有效性,这种方法具有测量成本低,可连续观测,实时在线等优点,为实现连续在线的塑料挥发物排放通量监测奠定了基础。

红外光谱法测量城市空气中CH4浓度

利用自行组建的开放光路傅里叶变换红外光谱测量系统对北京燕山石化地区大气中的甲烷进行了连续监测,对测量光谱进行了浓度反演,并对浓度结果做了简单分析。实验表明,该测量系统性能稳定,能以非接触的方式对空气中多种气体进行连续在线监测,能及时反应测量区域内污染信息,较好地适应工业上气体污染监测的需要。

近红外光谱法用于尿液多成分分析

尿液分析在临床检验中是一个重要的检测项目 ,红外光谱法的应用将可实现无试剂的尿液快速分析。介绍了采用光谱法对尿液样品主成分进行的近红外分析 ,实验中对最佳光程长作了选择与计算。实验结果证实了近红外光谱法用于尿液临床分析的可行性及优越性。

基于红外TDLAS技术的高精度CO_(2)同位素检测系统的研制

对天然气分布监测,高精度地检测CO_(2)同位素是非常重要的。采用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术,通过^(13)CO_(2)/^(12)CO_(2)在4.3μm处的吸收谱线,实现高精度CO_(2)同位素检测。该检测系统由工作在连续波模式下的中红外间带级联激光器(ICL)、长光程多通池(MPGC)和中红外碲镉汞(MCT)探测器组成。针对^(13)CO_(2)和^(12)CO_(2)两条吸收谱线强度受温度影响的问题,研制了MPGC高精度温度控制系统。实验中,配置5种不同浓度的CO_(2)气体对检测系统进行标定,响应线性度可达0.999 6。结果表明,当积分时间为92 s时,同位素检测精度低至0.013 9‰,具备实际应用价值。

近红外光谱法尿液多成份分析

尿液分析在临床检验中是一项重要的检测项目,红外光谱法的使用将实现无试剂的尿液快速分析。本论文叙述了应用光谱法进行近红外分析,实验过程中进行了最佳光程长的选择与计算,对尿液样品进行了主成份分析。证实了光谱法用于尿液临床分析的可行性及优越性。

1000～2500 nm宽波段的葡萄糖吸收光谱的测量波长优选

采用近红外光谱法无创测量人体血糖时,葡萄糖浓度变化引起的光强信号微弱,为了实现目标测量精度,需要选择适宜的测量波长使葡萄糖引起的吸收信号水平强于噪声信号水平.本文提出了基于最佳光程长的测量波长选择原则,可在测量灵敏度最大的条件下,评价葡萄糖吸收光谱的测量是否可行.以葡萄糖在水溶液中的测量为例,基于最佳光程长理论,对1 000~2 500 nm的每个波长均进行光程优化,以1 mmol/L的检测浓度为目标,筛选了可行的测量波段.结果表明,即使在最佳光程长下检测,该检测目标对测量光谱的重复性信噪比要求也非常高,当SNR达到10 000∶1时,仅有4个波段满足要求,分别是:1 000~1 160 nm,1 375~1 420 nm,1 590~1 640 nm和1 870~1 910 nm.其中短波长波段1 000~1 160 nm对光谱信噪比的要求最低,且最佳光程长最长,皮肤穿透深度最大,显示了较好的应用前景.这一结果对皮肤中的葡萄糖测量的波长选择有较好的参考价值.此外,本文所提出的波长选择方法也同样适用于采用吸收光谱法对其他物质成分的测量.

用傅立叶变换红外光谱法检测气体中微量乙硼烷

利用配备长光程气体池的傅立叶变换红外光谱仪对气体中微量乙硼烷进行了定量分析。在恒定实验条件下进样,分辨率为4 cm^(-1),扫描8次,可以得到理想的分析结果。定量分析结果表明,该方法重复性良好(相对标准偏差<0.5%),在0~100×10^(-6)摩尔分数范围内线性良好(R^2=0.9996),扩展不确定度小(<4%),可用于气体中微量乙硼烷的定量分析。

傅立叶变换红外光谱法在大气环境监测中的应用

主要介绍了傅立叶变换红外光谱法中长光程气体池、开放式傅立叶变换红外光谱法的类型、结构、组成以及在大气环境化学、环境监测和污染源监测中使用的进展状况。

模块化傅里叶红外气体分析系统设计

傅里叶红外分析技术具备可测量谱带宽、光谱分辨率高、信噪比高、扫描速度快等特点。它可通过固定点或移动便携方式,对多组分气体进行实时、在线、连续和无人值守的监测,并广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保等领域。市场目前现有设备多为完全进口或核心部件进口,虽元件高度集成,但不可广泛适配。由于各品牌间设置技术壁垒,导致设备调试难度加大,维修更换成本增高。基于以上情况,现设计新的傅里叶红外气体分析系统。该系统用模块化的方式组成核心结构,结合自由光长光程多反射气室进行光学仿真,从而可以用该系统开发更灵活的红外气体分析设备,自由适配多种规格气室。大大降低了安装调试难度及更换维修成本。

采用傅里叶变换红外光谱对原材料进行质量检测

本文介绍了带有DialPath技术的ML分析仪,用户可以快速、准确地选择恰当的较长光程以满足检测低含量分析物的需求,并可以选择一个较短光程用于液体的总鉴定。与此同时,该技术操作简单并可以快速完成检测,同在较短光程使用衰减全反射一样。

基于长光程气室的多组分气体监测系统

为更好的满足工况环境下多组分危险气体的低浓度范围监测需求,减小测量仪器的体积,提高气体浓度的测量精度,研制了基于怀特池结构的长光程气体吸收池,用于降低仪器的检测限,从而能够探测出低浓度的多组分危险气体。介绍了基于怀特池结构的长光程气体吸收池的设计、工作原理和仿真结果,介绍了光学实验平台的搭建以及红外光源、红外热释电探测器的选型,并在此基础上开展了实验。采用最小二乘法拟合出各个气体的浓度反演模型,使用不同组合的标准气体对模型进行了验证,并计算了实验结果的相对误差。数据结果表明,设计的多组分危险气体在线监测仪器检测限可达5μL/L,测量误差≤±5%F.S.(满量程),能够满足低浓度多组分危险气体的测量需求。

新型舰艇舱室空气质量检测及研究

舰艇舱室空气组分特性是直接影响艇员健康和制约战斗力的关键因素之一[1],目前我国舰艇舱室检测设备存在检测种类不全、测量精度较低、测量重复性差和体积重量大等问题[2~3],为改善此现状,新型密闭与半密闭舱室环境监测设备采用傅里叶红外光谱技术,该设备检测性能能够满足多型舰艇对舱室痕量多组分有害气体实时在线分析与检测的需求,可以为舰艇舱室应用在线大气环境多组分气体分析提供可靠上艇气体分析装备。

使用LP-FTIR测定DDVP与OH自由基的气相反应速率常数

有机农药污染已经成为人们越来越关注的一个问题,目前对有机农药在环境中降解的研究主要集中在水体和土壤中,对大气中有机农药的化学反应研究得很少,通过石英反应池模拟有机农药效敌畏(DDVP)与OH自由基的气相反应,利用长光程Fourier红外仪测定了室温下该反应的速率常数为(3.06±0.46)×10^(-11)cm^3·s^(-1)分子^(-1)。该速率常数表明在大气环境中DDVP比较容易降解,对环境不会造成持久性污染。