Kürzlich hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Zhang Zhirong am Anhui Institute of Optics and Precision Mechanics, Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences, erhebliche Fortschritte bei der Untersuchung der Basisrekonstruktionstechnologie für Breitspektrum-Absorptionsgase erzielt. Die Ergebnisse mit dem Titel „Baseline Reconstruction for Broad-Spectrum Absorption Characteristics of Alkane Mixtures Based on Laser Absorption Spectroscopy“ wurden in der internationalen Fachzeitschrift Analytical Chemistry veröffentlicht.
Die direkte Absorptionsspektroskopie ist die am weitesten verbreitete quantitative Gasanalysemethode innerhalb der Laserabsorptionsspektroskopie. Die Messgenauigkeit hängt jedoch stark von der präzisen Erfassung der Basislinie der einfallenden Lichtintensität -der Lichtsignalintensität ohne Gasabsorption ab. Bei Gasen mit breitbandigen Absorptionseigenschaften, wie z. B. Alkanen (z. B. Propan, Butan), sind die Absorptionslinien dicht gepackt und kontinuierlich und weisen oft keine ausgeprägten absorptionsfreien Bereiche auf. Diese Eigenschaft macht herkömmliche Basiskorrekturmethoden-wie die Absorptions--Methode zur Vorhersage der freien Umgebung oder die Polynomanpassung-unwirksam oder völlig unzuverlässig in realen industriellen dynamischen Überwachungsszenarien-und schafft einen kritischen Engpass für hochpräzise Anwendungen dieser Technologie.
Um den dringenden Bedarf der Arbeitssicherheit an einer hoch{0}}präzisen Echtzeit--Überwachung von Alkan-Markergasen-zu erfüllen, insbesondere bei Anwendungen wie der Erkennung von Öl- und Gastanklecks-, schlug das Forschungsteam innovativ eine Strategie zur Basislinienrekonstruktion mit zwei-Wellenlängen vor, die auf physikalischen Prinzipien basiert. Das Kernkonzept nutzt physikalische Korrelationen innerhalb des optischen Pfades, anstatt sich auf komplexe algorithmische Annahmen oder umfangreiches Datentraining zu verlassen. Das Team entdeckte, dass in Zellen mit Mehrfachreflexionsabsorption Schwankungen der Lichtintensität, die durch Faktoren wie Temperaturänderungen und Jitter optischer Komponenten verursacht werden, starke Korrelationen über verschiedene Wellenlängen hinweg aufweisen.
Mithilfe dieses physikalischen Mechanismus gelang es dem Team, ein robustes lineares Modell zu etablieren, das eine Zielwellenlänge (1686 nm, hauptsächlich zur Überwachung von Propan und Butan) mit einer Referenzwellenlänge (1653 nm, hauptsächlich zur Überwachung von Methan) verknüpft. Durch die kontinuierliche Überwachung präzise messbarer Basislinienschwankungen im Referenzwellenlängenkanal rekonstruiert dieses Modell synchron und genau die unbekannte Basislinie im breiten Absorptionsband der Zielwellenlänge. Dieser Ansatz löst das Problem fehlender „Ankerpunkte“ für die Basiskalibrierung in Gasen mit breitem Spektrum.
Die experimentelle Validierung zeigt, dass unter dynamischen Temperaturwechselbedingungen im Bereich von -10 Grad bis 30 Grad der relative quadratische Fehler dieser Basislinienrekonstruktionsmethode unter 1,63 % bleibt. Bei der Anwendung auf Absorptionsberechnungen für Propan, Butan und deren Mischungen führte die rekonstruierte Basislinie zu einem maximalen relativen Fehler von nur 1,7 %. Diese Arbeit wandelt eine zentrale Messherausforderung in der direkten Absorptionsspektroskopie in eine Lösung um, die auf messbaren physikalischen Korrelationen basiert und einen neuen Ansatz für die hoch{9}präzise Echtzeit-Onlineüberwachung von Breitband-Absorptionsgasen in komplexen industriellen Umgebungen wie der petrochemischen Sicherheitsproduktion bietet.
