第31卷，第1期 2011年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
近红外光谱烷烃类气体定量分析系统的研究
勇！
朱凌建1.2，场晓君，邱宗明"，刘君华"，张钟华3，张
1.西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，陕西西安
710049
2.西安理工大学机械与精密仅器T程学院，陕西西安710048 3.中国计量科学研院，北京100013
Vol.31,No.1.pp69-72
January,2011
摘要介绍了一种近红外光诺烷烃类气体在线定量分析测量方法，该方法以单片闪耀光摄为核心构成分光系统，分析计算了分光系统的关键参数，设计构建了硬件系统平台，完成了窄带光束实验测试和烷烃类七种单组分气体光诺探测实验。实验表明，人射狭缝为2mm时，分光系统在中心波长1200～1800nm波段内能够分离谱宽为10nm的窄带光束，出射光束中心波长步进扫描步长优于0.1nm。光谱探测实验证实七种气体在1600~1800nm波段内存在较强的特征谱线，但存在严重的交义混叠现象。甲烷谱线位置与 HITRAN光谱数据库相吻合。实验结果表明该方法有可能用于混合气体探测，且结构简单、成本低廉，为后续研究提供了技术储备并明确了研究方向。
关键词近红外吸收光谱；烷烃类气体；定量分析；平而衍射光栅
中图分类号：TH744.4
引言
文献标识码：A
DOI; 10. 3964/j. issn, 1000-0593(2011)01-0069-04
中溶解气体等混合气体，由于其组分复杂、特征吸收谱线交叠严重等间题，在线定量分析研究其少(7.12]。因此，研究一种高效、稳定、可靠、成本低廉的混合气体在线定量分析检
气体成分的定量分析在诸如煤矿安全预警、石油录井、化工分析、环境监测等许多领域部有着十分承要的意义。气相色谱法蛋然其有分析范围宽、灵收度高、可靠性及重现性好的优点，但其固有的操作方法难以应用于混合气体的实时在线定最分析。红外光谱分析法以其固有的优越性已成为近些年研究的热点"。傅里叶变换光谱分析法具有分析灵敏度高、分析速度快、重复性好等特点，作为一种“绿色”分析仪器，已经广泛应用于工业、农业、地矿勘探、环境保护、医疗等诸多行业[3。但是，由于技术封锁、价格昂贵、烷烃类混合气体分析的复条性等因素，基于傅里叶变换红外光谱仪的烷烃类混合气体在线定量分析测量装置仍处于研究阶段且核心部件依赖进口，自主知识产权含量低")。近红外光吸收法在气体分析和检测的方法中其有重要的地位，目前研究主要集中在采用DFB激光光源（distributedfeedbacklaserdi-ode)）、牵带滤光片和FBG光纤光栅（fiberbragggratings）等作为核心器件得到窄带光束构建红外光谱吸收探测系统。由于特定波长的DFB激光光源和光纤光栅器件制造成本高、价格昂资，此类研究目前主要适用于单一气体或交义敏感很小的2至3种混合气体探测812)，而诸如天然气、变压器油
收精日期：2010-03-02，修订日期：2010-06-03
测系统迫在眉楚。本文借鉴单色仪分光系统原理和结构3)，结合光讲吸收型气体探测的特殊性，提出一种近红外光栅分光型烷烃类气体在线定景分析方法，并以烷烃类七
种单组分气体进行了系统验证，成功实现了气体的探测。 1测量原理
每种气体都有其特征吸收谐线，当探测光束波长与被测气体待征吸收峰重合时，气体对光强吸收有一个极大值，根据光强的透过率可以反演出特定气体的浓度。其测量原理基于Beer-Lambert定
aal(）
(1)
式中，α(a)为气体的吸收系数，与波长及气体种类有关；L 为光通过被测气体的光程，cm；c为被测气体浓度，mol， L-"，I。为人射光束强度；1为经被测气体吸收后出射光束光强。由式(1)可知，在α(入)和L已知的情况下，通过测量气室前后的输人光强、输出光强，就可以测出待测气体的浓度。
基金项目：国家自热科学基金项月(50877056)和陕西省教有厅自热科学研究项目(09JK684)资助
作者简介：宋凌建，1978年生，西安交通大学电气工程学院博士研究生万方数据
e-mail; zlj. zhy@gmail com