最近、中国科学院、安徽光学精密機械研究所、合肥物理科学研究所の Zhang Zhirong 教授が率いる研究チームは、広域スペクトル吸収ガスのベースライン再構成技術の研究で大きな進歩を遂げました。{0}}この研究結果は「レーザー吸収分光法に基づくアルカン混合物の広範なスペクトル吸収特性のベースライン再構成」と題され、国際学術誌「Analytical Chemistry」に掲載されました。
直接吸収分光法は、レーザー吸収分光法の中で最も広く使用されている定量的なガス分析方法です。ただし、その測定精度は、入射光強度ベースライン-ガス吸収がない場合の光信号強度の正確な取得に大きく依存します。アルカン (プロパン、ブタンなど) などの広帯域吸収特性を持つガスの場合、吸収線は高密度で連続しており、明確な吸収のない領域が欠けていることがよくあります。-。この特性により、吸収{9}}のない環境予測法や多項式フィッティングなどの従来のベースライン補正法-は、現実世界の産業動的モニタリング シナリオでは効果がないか、まったく信頼性が低くなり、{11}}このテクノロジーの高精度アプリケーションには重大なボトルネックが生じます。{12}}
アルカン マーカー ガスの高精度、リアルタイム監視-、-特に石油やガスタンクの漏れ検出などの用途における緊急の産業安全上の需要に対応するため、-研究チームは、物理原理に基づいたデュアル波長ベースライン再構成戦略を革新的に提案しました。-この中心的なコンセプトは、複雑なアルゴリズムの仮定や広範なデータ トレーニングに依存するのではなく、光路内の物理的な相関を活用します。研究チームは、複数の反射吸収セル内で、温度変化や光学部品のジッターなどの要因によって引き起こされる光強度の変動が、さまざまな波長にわたって強い相関関係を示すことを発見しました。
この物理メカニズムを活用して、チームはターゲット波長 (1686 nm、主にプロパンとブタンの監視用) と基準波長 (1653 nm、主にメタンの監視用) を結び付ける堅牢な線形モデルの確立に成功しました。このモデルは、基準波長チャネルにおける正確に測定可能なベースライン変動を継続的に監視することにより、ターゲット波長の広い吸収帯域で未知のベースラインを同期的かつ正確に再構築します。このアプローチにより、広域スペクトルのガスにおけるベースライン校正のための「アンカー ポイント」が不足するという課題が解決されます。-
実験による検証では、-10 度から 30 度の範囲の動的な温度サイクル条件下で、このベースライン再構成法の相対二乗誤差が 1.63% 未満にとどまることが実証されています。-平均-プロパン、ブタン、およびそれらの混合物の吸光度計算に適用した場合、再構築されたベースラインで導入された最大相対誤差はわずか 1.7% でした。この研究は、直接吸収分光法における中心的な測定の課題を、測定可能な物理的相関に基づくソリューションに変換し、石油化学の安全性の生産などの複雑な産業環境における広域スペクトル吸収ガスの高精度かつリアルタイムのオンライン モニタリングのための新しいアプローチを提供します。{9}}
