최근 중국과학원 허페이 물리과학연구소 안후이 광학 및 정밀 기계 연구소의 Zhang Zhirong 교수가 이끄는 연구팀은 광-스펙트럼 흡수 가스에 대한 기본 재구성 기술 연구에서 상당한 진전을 이루었습니다. 이 연구 결과는 "레이저 흡수 분광법을 기반으로 한 알칸 혼합물의 광범위한-스펙트럼 흡수 특성에 대한 기준선 재구성"이라는 제목으로 국제 학술지인 Analytical Chemistry에 게재되었습니다.
직접 흡수 분광법은 레이저 흡수 분광학 내에서 가장 널리 사용되는 정량적 가스 분석 방법입니다. 그러나 측정 정확도는 입사광 강도 기준선-가스 흡수가 없는 경우의 광 신호 강도를 정확하게 획득하는 데 크게 좌우됩니다. 알칸(예: 프로판, 부탄)과 같은 광대역-대역 흡수 특성을 갖는 가스의 경우 흡수선은 조밀하게 채워지고 연속적이며 뚜렷한 흡수-영역이 부족한 경우가 많습니다. 이러한 특성은 실제 산업 동적 모니터링 시나리오에서 흡수가 없는- 환경 예측 방법이나 다항식 피팅과 같은-기존의 기준 수정 방법을 비효율적이거나 완전히 신뢰할 수 없게 만들어서-이 기술의 고정밀 애플리케이션에 심각한 병목 현상을 발생시킵니다.
특히 석유 및 가스 탱크 누출 감지와 같은 응용 분야에서 알칸 마커 가스의-고정밀 실시간-모니터링-에 대한 긴급한 산업 안전 수요를 해결하기 위해 연구팀은 물리적 원리에 기초한 이중{4}}파장 기준선 재구성 전략을 혁신적으로 제안했습니다. 핵심 개념은 복잡한 알고리즘 가정이나 광범위한 데이터 교육에 의존하기보다는 광학 경로 내의 물리적 상관 관계를 활용합니다. 팀은 다중 반사 흡수 셀 내에서 온도 변화 및 광학 구성요소 지터와 같은 요인으로 인한 광 강도의 변동이 다양한 파장에 걸쳐 강한 상관관계를 나타낸다는 사실을 발견했습니다.
이러한 물리적 메커니즘을 활용하여 팀은 목표 파장(1686nm, 주로 프로판 및 부탄 모니터링용)과 기준 파장(1653nm, 주로 메탄 모니터링용)을 연결하는 강력한 선형 모델을 성공적으로 구축했습니다. 기준 파장 채널에서 정확하게 측정 가능한 기준선 변화를 지속적으로 모니터링함으로써 이 모델은 대상 파장의 넓은 흡수 대역에서 알려지지 않은 기준선을 동기식으로 정확하게 재구성합니다. 이 접근 방식은 광범위한-스펙트럼 가스의 기준선 교정을 위한 "기준점" 부족 문제를 해결합니다.
실험적 검증에 따르면 -10도에서 30도 사이의 동적 온도 순환 조건에서 이 기준 재구성 방법의 상대 제곱근-평균-제곱 오차는 1.63% 미만으로 유지됩니다. 프로판, 부탄 및 그 혼합물의 흡광도 계산에 적용할 때 재구성된 기준선의 최대 상대 오차는 1.7%에 불과했습니다. 이 작업은 직접 흡수 분광법의 핵심 측정 문제를 측정 가능한 물리적 상관 관계를 기반으로 하는 솔루션으로 변환하여 석유화학 안전 생산과 같은 복잡한 산업 환경에서 광범위한 스펙트럼 흡수 가스의 고정밀 실시간 온라인 모니터링을 위한 새로운 접근 방식을 제공합니다.-
