近日，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张志荣研究员团队在宽谱吸收气体基线重建技术研究方面取得重要进展。相关研究成果以《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最常用的气体定量方法，但其测量精度严重依赖于对入射光强度基线(即无气体吸收时的光强信号)的准确获取。然而，对于烷烃类(如丙烷、丁烷)具有宽谱带吸收特性的气体，其吸收谱线密集且连续，往往不存在明显的无吸收区域。这一特性使得传统基线校正方法，如无吸收环境预测量法或多项式拟合法，在实际工业动态监测场景中面临时效性差或完全失效的挑战，成为制约该技术高精度应用的关键瓶颈。
针对油气储罐泄漏监测等工业安全领域对烷烃标志性气体高精度、实时监测的迫切需求，研究团队创新性地提出了一种基于物理原理的双波长基线重建策略。该方法的核心理念在于利用光路中的物理关联，而非依赖复杂的算法假设或大量数据训练。研究团队发现，在多次反射吸收池中，由温度变化、光学元件抖动等因素引起的光强波动，在不同波长之间具有强相关性。
基于这一物理机制，团队成功建立了一个目标波长(1686 nm，主要用于监测丙烷和丁烷)与一个参考波长(1653 nm，主要用于监测甲烷)之间的稳健线性模型。通过实时监测参考波长通道中可精确测量的基线变化，该模型能够同步、准确地重建出目标波长宽吸收带处的未知基线，从而解决了宽谱气体无“锚点”区域可供基线校正的难题。
实验验证表明，在-10°C至30°C的动态温度循环变化条件下，该基线重建方法的相对均方根误差低于1.63%。将重建后的基线应用于丙烷、丁烷及其混合气体的吸光度计算，所引入的最大相对误差仅为1.7%。这项工作将直接吸收光谱技术中的一个核心测量难题，转化为基于可测量物理关联的技术方案，为石油化工安全生产等复杂工业环境中宽谱吸收气体的高精度、实时在线监测提供了新的解决方案。
素材来源：Analytical Chemistry
