Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van professor Zhang Zhirong van het Anhui Institute of Optics and Precision Mechanics, Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences, aanzienlijke vooruitgang geboekt in het onderzoek naar basisreconstructietechnologie voor breed-spectrumabsorptiegassen. De bevindingen, getiteld "Baseline Reconstruction for Broad-Spectrum Absorption Characteristics of Alkane Mixtures Based on Laser Absorption Spectrscopy", werden gepubliceerd in het internationale academische tijdschrift Analytical Chemistry.
Directe absorptiespectroscopie is de meest gebruikte kwantitatieve gasanalysemethode binnen laserabsorptiespectroscopie. De meetnauwkeurigheid is echter sterk afhankelijk van de nauwkeurige verwerving van de basislijn van de invallende lichtintensiteit-de lichtsignaalintensiteit bij afwezigheid van gasabsorptie. Voor gassen met brede-bandabsorptie-eigenschappen, zoals alkanen (bijvoorbeeld propaan, butaan), zijn de absorptielijnen dicht op elkaar gepakt en continu, waarbij vaak duidelijke absorptie-vrije gebieden ontbreken. Dit kenmerk maakt traditionele basislijncorrectiemethoden-zoals de absorptie-vrije omgevingsvoorspellingsmethode of polynomiale aanpassing-ineffectief of volledig onbetrouwbaar in reële- industriële dynamische monitoringscenario's, waardoor een kritisch knelpunt ontstaat voor zeer-precieze toepassingen van deze technologie.
Om tegemoet te komen aan de dringende vraag naar industriële veiligheid voor zeer-precieze, realtime- monitoring van alkaanmarkergassen-met name in toepassingen zoals lekdetectie van olie- en gastanks- heeft het onderzoeksteam op innovatieve wijze een strategie voor de reconstructie van de basislijn met dubbele-golflengten voorgesteld, gebaseerd op natuurkundige principes. Het kernconcept maakt gebruik van fysieke correlaties binnen het optische pad in plaats van te vertrouwen op complexe algoritmische aannames of uitgebreide datatraining. Het team ontdekte dat binnen meerdere-reflectie-absorptiecellen fluctuaties in de lichtintensiteit veroorzaakt door factoren zoals temperatuurveranderingen en jitter van optische componenten sterke correlaties vertonen over verschillende golflengten.
Door gebruik te maken van dit fysieke mechanisme heeft het team met succes een robuust lineair model opgezet dat een doelgolflengte (1686 nm, voornamelijk voor het monitoren van propaan en butaan) koppelt aan een referentiegolflengte (1653 nm, voornamelijk voor het monitoren van methaan). Door continu nauwkeurig meetbare basislijnvariaties in het referentiegolflengtekanaal te monitoren, reconstrueert dit model synchroon en nauwkeurig de onbekende basislijn op de brede absorptieband van de doelgolflengte. Deze aanpak lost het probleem op van het ontbreken van "ankerpunten" voor basislijnkalibratie in breed-spectrumgassen.
Experimentele validatie toont aan dat onder dynamische temperatuurwisselingsomstandigheden variërend van -10 graden tot 30 graden, de relatieve wortel-mean-kwadraatfout van deze basisreconstructiemethode onder de 1,63% blijft. Wanneer toegepast op absorptieberekeningen voor propaan, butaan en hun mengsels, introduceerde de gereconstrueerde basislijn een maximale relatieve fout van slechts 1,7%. Dit werk transformeert een kernmeetuitdaging in directe absorptiespectroscopie in een oplossing gebaseerd op meetbare fysieke correlaties, en biedt een nieuwe aanpak voor zeer-precieze, realtime- online monitoring van breedspectrum absorberende gassen in complexe industriële omgevingen zoals petrochemische veiligheidsproductie.
