安光所在宽光谱油气烷烃气体监测方面取得新进展
时间：2025-12-29 作者：刘仪璇
近日，中国科学院安徽光机所张志荣研究员团队在宽光谱烷烃气体吸收基线重建研究方面取得新进展。相关研究成果以Research on Spectral Baseline Reconstruction of Broad－Spectrum Absorption Characteristics for Alkanes Mixture Gases Based on Laser Absorption Spectroscopy（《基于激光吸收光谱的烷烃气体宽谱吸收特性基线重建研究》）为题发表在国际TOP期刊Analytical Chemistry（一区）上。
直接吸收光谱（DAS）是激光吸收光谱技术中最常用的定量方法，但其精度高度依赖于入射光强度基线的准确获取。传统基线校正方法在应用于烷烃等具有宽谱带吸收特性的气体时存在显著局限：无吸收环境预测量法在实际工业场景中常因环境动态变化及难以频繁进行预测量而缺乏时效性；多项式拟合法则会因吸收谱带中缺乏明显的非吸收“锚点”区域而完全失效。这一瓶颈问题已成为制约DAS技术在工业现场实现高精度气体监测的关键挑战。
本研究针对油气储罐泄漏烷烃标志性气体监测需求，首次提出了基于物理原理的双波长基线重建策略。团队发现，在多次反射吸收池中，由温度、光路波动等因素引起的光强变化在不同波长间存在强相关性。基于这一物理机制，研究团队建立了目标波长（1686 nm，用于丙烷／丁烷）与参考波长（1653 nm，用于甲烷）之间的线性模型，仅通过参考波段内的可测基线即可实时、准确地重建宽吸收带的目标基线，无需依赖算法假设或大量训练数据。实验结果表明，在－10 °C至30 °C的动态温度循环中，该方法基线重建的相对均方根误差低于1.63％。将其应用于丙烷、丁烷及其混合气体的吸光度计算，引入的最大相对误差仅为1.7％。该方法将DAS中原本难以获取的基线问题转化为可测量的物理关联，为石油化工安全等复杂工业环境中宽谱吸收气体的高精度、实时监测提供了创新解决方案。
中国科学技术大学博士研究生彭云涛为第一作者，安徽光机所张志荣研究员和夏滑副研究员为论文通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划（2022YFB3207601）、安徽省杰出青年科学基金（2408085J001）、合肥市自然科学基金（202339， HZR2430， HZR2506）及中国科学院合肥物质科学研究院“高价值专利培育计划”（GJZZL2022PY02）等项目支持。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5c06324
广谱吸收气体吸收基线的信号重构过程
采样情况