1 华南理工大学电力学院, 广东 广州 510641
2 华南理工大学电力学院, 广东 广州 510641 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, 安徽 合肥 230031
针对高温条件下光谱高精度反演的需求, 对比分析了7种不同的光谱线型模型在光谱反演中的精度和稳定性, 并发展了适用于高温诊断的光谱线型选择策略。 首先测量了1 100~1 600 K温度范围的两条H2O吸收光谱, 采用七种不同的光谱线型模型分别进行分析, 获取了各测量光谱的积分吸光度, 速度依赖线宽和多普勒半高宽, 并根据双线比值法计算气体温度值。 对比分析表明, 在高温常压条件下, Gaussian线型拟合精度最差, 但通过Gaussian线型反演的气体温度精度最高; 光谱拟合过程中, 通过设置线型模型中的多普勒半高宽参数为已知量, 能有效提高光谱线参数的反演稳定性和精度, 也能有效提高各光谱线型温度反演精度。 与高阶非Voigt线型(Speed-dependent Voigt线型, Rautian线型, Speed-dependent Rautian线型和Hartman-Tran线型)对比, Voigt线型获取的积分吸光度和速度依赖线宽偏小, 计算的温度结果相对误差偏大。 最后, 对比了7种线型模型拟合程序的运行时间, 在保证精度的条件下, Speed-dependent Voigt线型拟合速度最快。 因此, 通过Gaussian线型获取气体温度, 然后根据温度计算多普勒半高宽参数并将其固定为已知量, 采用Speed-dependent Voigt线型拟合能有效提高高温光谱的反演精度, 速度和稳定性。
光谱线型 积分吸光度 速度平均线宽 多普勒半高半宽 温度 Spectral line-shape profile TDLAS TDLAS Integral absorbance Speed-averaged line-width Doppler HWHM (Half-width-at-half-maximum) Temperature 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2715
1 清华大学能源与动力工程系, 北京 100084
2 华北电力大学控制与计算机工程学院, 北京 102206
波长调制-直接吸收光谱（WM-DAS）结合了直接吸收光谱（DAS）可直接测量吸收率和波长调制光谱（WMS）高信噪比的优点, 可用于测量气体分子吸收谱线的光谱参数。 采用WM-DAS方法结合有效光程约为45 m的Herriott型长光程吸收池, 在CO浓度为24.151 μmol·L-1、 常温常压条件下, 测量了CO分子中心频率为4 300.700 cm-1谱线的吸收率, 用Voigt线型（VP）函数对测量的吸收率进行拟合, 结果表明对WM-DAS方法测量结果进行拟合所得的残差标准差比用传统DAS方法减小一半以上, 证明WM-DAS方法的抗干扰能力比DAS更强。 采用该方法与光程约为50 cm的吸收池结合, 对CO分子在4 278～4 304 cm-1波段的8条弱吸收谱线在不同压力下的吸收率进行测量, 实验采用浓度为0.411 μmol·L-1的CO标准气体。 分别采用VP、 Raution线型（RP）和quadratic-speed-dependent-Voigt线型（qSDVP）对测量所得吸收率进行拟合, 得到CO分子与空气分子的碰撞展宽系数γ0(T0)、 Dicke收敛系数β0(T0)和速度依赖的碰撞展宽系数γ2(T0), 并对测量结果进行不确定度分析。 其中由VP拟合所得各谱线的γ0(T0)与HITRAN数据库中参考值吻合较好, 其相对误差均小于1%; Dicke收敛系数β0(T0)和qSDVP中速度依赖的碰撞展宽系数γ2(T0)的高精度测量为进一步完善分子光谱数据库及气体参数高精度测量提供了数据基础。
波长调制-直接吸收光谱 吸收率 碰撞展宽系数 Dicke收敛系数 Wavelength modulation-direct absorption spectrosco Absorbance Collision broadening coefficient Dicke narrowing coefficient 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2246
红外与激光工程
2022, 51(12): 20220156
南瑞集团(国网电力科学研究院)有限公司, 江苏 南京 211000
目前微型分光光度计已广泛应用于水质在线分析仪器中, 而杂散光作为分光光度计检定中的一个重要指标, 其大小对于测量结果具有很大的影响。理论分析了杂散光的来源及其对分光光度计测量结果的影响, 搭建了测试平台, 对两台不同程度杂散光的微型分光光度计进行了检测, 并将其分别应用于六价铬水质分析仪中, 对不同浓度的标准溶液进行了测量, 结果表明, 杂散光的存在会引入较大的测量误差, 且随着溶液浓度的增大, 其影响更加严重。因此, 在仪器设计制造和实际应用工作中须重视对杂散光的抑制和控制, 从而提高仪器的测量精度, 进一步保证用水安全, 降低水质污染带来的各种风险。
地下水 水质监测 杂散光 分光光度计 吸光度 groundwater water quality monitoring stray light spectrophotometer absorbance
1 东北大学 信息科学与工程学院，辽宁沈阳089
2 河北省微纳精密光学传感与检测技术重点实验室，河北秦皇岛066004
3 齐鲁工业大学（山东省科学院） 海洋仪器仪表研究所，山东青岛266061
为了研究海水吸光度传感器的工作原理和误差来源，搭建了搭载645 nm光源的海水吸光度测量系统，根据郎伯-比尔定律、误差传递原理和吸光度传感器结构，对海水吸光度测量系统进行了分析，并通过重复性测试和吸光度测量实验对该系统的稳定性和吸光度探测能力进行了实验验证。重复性测试实验结果显示，使用测量前标定的方法可以将误差控制在±0.008 3 m-1以内，其中由光源和光电传感器引起的误差为±0.006 7 m-1，样品池加工引起的误差为±0.001 6 m-1。吸光度测量实验结果显示，超纯水的测量结果存在-0.019 44~-0.017 08 m-1的光学吸收系数负测量偏差，自来水的光学吸收系数比超纯水的光学吸收系数大0.005 68 m-1，3%的氯化钠溶质可以使光学吸收系数增大0.097 56 m-1是自来水杂质引发增大量的17.2倍，海水中溶质可以使光学吸收系数增大0.726 32 m-1，是3%的氯化钠溶质引发增大量的7.4倍。以上结果表明，系统各模块引起的测量误差较小，符合吸光度测量要求，有能力探测出溶液中溶质对吸光度的影响，但存在一定的负测量误差。
海洋光学 光学遥感 水色检测 吸光度 optical oceanography optical remote sensing ocean colour sensing absorbance
利伐沙班是一种新型口服抗凝药，它具有疗效确切、安全性好、使用方便等优点，所以经常用于静脉血栓栓塞性疾病的预防与治疗，以及非瓣膜性房颤的卒中预防。由于利伐沙班在患者体内的浓度会影响其对凝血因子Xa的抑制作用，这导致患者的临床反应有个体差异，影响最终治疗效果。为了更加合理地使用利伐沙班，临床上需要监测人体血液或尿液中利伐沙班的浓度。针对该临床需求，文中基于远红外指纹谱和拉曼特征谱在物质有效识别和定量分析的优势，采用傅里叶变换红外光谱仪和激光共聚焦拉曼光谱系统，针对液体状态下利伐沙班进行识别并定量检测。文中先通过傅里叶变换红外光谱仪检测利伐沙班的远红外吸收谱随其浓度发生的变化，再通过激光共聚焦拉曼光谱系统检测了利伐沙班的拉曼光谱随其浓度发生的变化，最后比较了远红外光谱法与拉曼法的准确率。经过比较，远红外检测的精度比拉曼光谱检测的精度提升2倍。这些结果对临床医学中利伐沙班的使用具有重要意义。
利伐沙班 远红外吸收光谱 拉曼光谱 定量检测 rivaroxaban far-IR absorbance spectroscopy Raman spectroscopy quantitative detection 红外与激光工程
2021, 50(2): 20210038
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Department of Precision Instruments, Tsinghua University, Beijing 100084, China
Natural logarithm wavelength modulation spectroscopy (ln-WMS) is demonstrated in this Letter. Unlike the conventional wavelength modulation spectroscopy (WMS)-2f technique, it is a linear method even for large absorbance, which is the core advantage of ln-WMS. The treating method used in ln-WMS is to take the natural logarithm of the transmitted intensity. In order to determine the proper demodulation phase, the -seeking algorithm is introduced, which minimizes the absolute value of the first harmonic within the non-absorbing region. Subsequently, the second harmonic of the absorption signal is extracted by setting the demodulating phase as . To illustrate the validity of ln-WMS, it was applied to water vapor experimentally. The result shows that even if the absorbance (base-e) is between 1.60 and 6.26, the linearity between ln-WMS-2f and volume fraction is still established. For comparison, measurement with conventional WMS-2f was also done, whose response no longer kept linearity. The values retrieved in continuous measurements and the residuals were shown so as to evaluate the performance of the -seeking algorithm. Time consumed by this algorithm was roughly 0.28 s per measurement. As an alternative WMS strategy, ln-WMS has a wide range of potential applications, especially where the absorbance is large or varies over a wide area.
wavelength modulation spectroscopy natural logarithm wavelength modulation spectroscopy tunable diode laser absorption spectroscopy large absorbance Chinese Optics Letters
2021, 19(3): 031201
