近年来油料火灾污染事故频发危害性极大, 通过分析光谱特性来提取火灾信息已成为研究油料火灾事故的重要途径。目前国内外学者已建立了多种气体辐射和炭黑辐射的模型对燃料燃烧进行研究, 但少有对火焰光谱进行建模深入分析燃烧污染产物光谱特征信息。本文搭建了油料火焰光谱测试平台, 测量了单一尺度下酒精、92号汽油、95号汽油和 0号柴油的火焰光谱, 以及多尺度下 0号柴油的火焰光谱。实验结果表明 3种油料的火焰光谱相似, 随着尺度的增大辐射亮度呈非线性增大。基于统计窄谱带法(statistical narrow band, SNB)构建了油料火焰光谱辐射模型, 通过实验数据验证曲线拟合度达 0.895。利用该光谱辐射模型计算出油料火焰大尺度下的平均辐射亮度与平均透过率、不同烟气浓度下的平均透过率, 能为遥感探测火灾污染及反演污染物浓度提供帮助。

近年来, 化工领域对二硫化碳需求日益增多, 而二硫化碳具有易燃易爆等特点。 在生产过程中易发生火灾事故, 危害性极大, 易造成经济损失和人员伤亡。 在火灾事故危害研究中, 火焰光谱研究极有必要。 因为火焰光谱中含有大量信息, 包括火焰温度、 燃烧组分、 各个波段的热辐射强度等信息。 以二硫化碳燃料为研究对象, 搭建了火焰光谱测试平台, 主要由VSR红外光谱仪、 伸缩装置、 燃烧器组成, 测试了5 cm燃烧尺度下二硫化碳、 苯乙烯、 乙腈、 乙酸乙酯燃料在1～14 μm红外波段上燃烧火焰光谱, 以及二硫化碳分别与苯乙烯、 乙腈、 乙酸乙酯三种不同燃料按照1∶1混合的火焰光谱, 获取了二硫化碳火焰光谱特征波段, 构建了二硫化碳火焰光谱特征库。 在燃料单独燃烧火焰光谱研究中, 二硫化碳燃料燃烧时火焰呈蓝色不发烟, 其火焰光谱辐射主要来自于高温下SO2, CO2和H2O三种分子辐射, 其中SO2特征峰为4.05, 7.4和8.51 μm, CO2特征峰为2.7和4.3 μm, H2O特征峰为2.5, 2.7和5.5～7 μm, 乙腈、 乙酸乙酯燃料燃烧火焰光谱特征基本一致, 火焰光谱辐射主要来自于高温下CO2, H2O分子辐射, 苯乙烯火焰光谱辐射除了高温气体辐射外还有较强的炭黑辐射, 炭黑辐射中心波长在7 μm, 温度大约在414 K。 除此之外, 苯乙烯燃料与其他三种化学品相比, 在3.6 μm波段处存在独有的C—H健伸缩振动峰。 二硫化碳火焰燃烧产物与苯乙烯、 乙腈、 乙酸乙酯三种燃料相比具有独有的SO2分子, 其在4.05, 7.4和8.51 μm处存在特有的特征峰, 这些特征峰可作为航天探测识别其火灾依据之一; 在燃料混合燃烧火焰光谱研究中, 二硫化碳与苯乙烯、 乙腈、 乙酸乙酯三种燃料混合燃烧时, 燃烧火焰光谱特征基本相似, 火焰光谱辐射主要来自高温下CO2, H2O和SO2分子辐射, 实验表明, 在混合燃烧时, 二硫化碳的火焰光谱特征峰未被其他燃料的组分干扰, 特征峰仍然明显。 这一研究结果可为后续利用航天遥感探测技术探测识别二硫化碳火灾研究奠定基础。

在室内条件下提取了苯乙烯在不同土壤中的光谱诊断波段及其范围,并以其作为土壤中苯乙烯识别及其含量预测的依据。采用微分处理法与光谱数据转换法对土壤光谱反射率进行处理,以增大样品之间的光谱变化差异,并采用多元线性回归(SMLR)、偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机(SVMR)方法建模以预测不同土壤中的苯乙烯含量。结果表明,受苯乙烯污染的不同土壤的光谱特征分别位于1800,2200,2400 nm附近;受自身理化性质及苯乙烯含量影响,土壤光谱反射率的降速先增大后减小,直至苯乙烯在土壤中饱和,反射率变化趋于稳定。PLSR模型对土壤中苯乙烯含量的预测效果最优,SMLR模型次之,SVMR模型较差。PLSR模型的决定系数为0.982~0.998,模型稳定性强,其校正标准差与预测标准差的差值为0.004~0.016,模型预测精度高。

为了快速监测和识别化学品火灾，搭建了基于傅里叶红外(Fourier Transform Infrared, FTIR)光谱仪的火焰光谱测试平台。在室内封闭条件下对丙烯腈、乙腈两种含氮化学品和无水乙醇的火焰光谱进行了检测分析研究(光谱范围为600～8000 cm-1)。结果表明，在相同的燃烧条件下，分子辐射强度从大到小依次为丙烯腈、乙腈和无水乙醇。这是由于丙烯腈和乙腈燃烧比无水乙醇燃烧时产生的H2O分子更多，且丙烯腈燃烧会产生大量炭黑。这三种化学品的燃烧火焰光谱经去噪平滑处理后大体相似，但在1650 cm-1、1830 cm-1、2857 cm-1和3750 cm-1波数处存在高温含氮气体独有的差异。实验结论表明，通过用傅里叶红外光谱仪检测含氮化学品的火焰光谱辐射，可以增强我国化学品火灾的快速监测与识别能力。