开放光程傅里叶变换红外光谱（OP-FTIR）可以实现快速、 灵活、 定量化地探测气体, 但相较于气体池抽取气体的方式, OP-FTIR的信号微弱, 对气体的探测能力受到制约, 为提高其对气体的探测能力, 以自然状态的气体流动为扰动对测得的气体红外光谱数据进行二维相关分析。 以乙醇气体和两种白酒挥发物作为验证对象, 用OP-FTIR方法测得乙醇气体以及泸州特酿和汾酒挥发物的红外吸收光谱。 未经处理的乙醇气体红外吸收光谱图中, 并没有观察到明显的乙醇特征峰, 对该红外吸收光谱数据进行二维相关分析, 其二维相关同步谱图中对角线上（1 050, 1 050 cm-1）处有明显的自相关峰, 该自相关峰来自于乙醇, 结果验证了: 结合二维相关红外光谱, 提高了OP-FTIR方法对气体的探测能力。 对不同浓度乙醇气体的红外吸收光谱数据进行二维同步相关处理, 发现二维相关同步谱图中以1 050 cm-1 为中心的自相关峰强度随着乙醇气体浓度的增加而增强, 说明基于二维相关光谱的OP-FTIR气体探测方法具有一定的定量分析能力。 用OP-FTIR方法探测泸州特酿和汾酒的挥发物时, 在820～1 480 cm-1波段探测挥发物中的乙醇气体, 气体含量通过二维相关同步谱图中对角线上（1 050, 1 050 cm-1）处的自相关峰强度来衡量, 结果显示泸州特酿挥发物中的乙醇气体含量高于汾酒; 在1 700～1 820和1 400～1 600 cm-1波段探测挥发物中的香气物质, 通过对比泸州特酿和汾酒挥发物的二维相关异步谱图, 发现泸州特酿比汾酒挥发物二维相关异步谱图中有更多的交叉峰, 说明泸州特酿挥发物表现出更丰富的香气物质信息, 这一区别可以用来鉴别泸州特酿和汾酒挥发物。 研究证明, 基于二维相关红外光谱的OP-FTIR气体探测方法, 提高了OP-FTIR方法探测气体的能力, 且具有一定的定量分析能力, 同时, 用于不同挥发物的鉴别也值得进一步研究。

前期的研究报道了红外光谱能够监测水果变质产生的挥发物质, 其方法是将挥发物收集在气室中, 利用多次反射的结构来增强光信号。 实验中, 我们使用开放光程傅里叶变换红外光谱法监测葡萄变质挥发物, 尝试了主动和被动两种测量模式。 根据红外光谱特征对葡萄品劣变过程中产生的挥发物进行了定性分析, 并在研究中测量了葡萄储藏期间挥发物质的红外光谱特征的强度变化, 并且根据这种变化规律建立了不同变质阶段的分类方法。 此外, 还尝试直接从原始光谱中分析挥发物质, 证明了挥发物在原始光谱上仍然具有明显的光谱特征。 这一研究证实了现场开放式傅里叶变换红外光谱法监测水果变质的可行性。 开放光程傅里叶变换红外光谱法所具有的灵活使用性和非接触式在线测量的优点, 使其有可能应用于大面积监测储藏中的水果变质问题, 并具有进一步定位劣变源的潜力。

利用单波长激光通过扬尘空间发生散射消光衰减的特性, 设计了开放光程的颗粒物浓度检测方法及系统。该方法利用双峰正态分布模型模拟颗粒物粒径分布, 实时计算一定空间范围内的扬尘颗粒物浓度, 具有响应速度快、测量动态范围宽的优点, 适合浓度高、变化快、空间范围大的扬尘颗粒物浓度测量。通过水溶胶模拟实验与烟尘实验验证了该方法的可行性。实验数据表明, 系统量程可达0~400mg/m3, 分辨率为0.05mg/m3, 响应时间小于1 s。

利用可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)对痕量气体进行检测时， 环境温度变化以及激光器控制电路的噪声常常使得激光器输出波长发生漂移， 影响了气体浓度测量的准确性。 以开放光路的激光吸收光谱氨气检测系统为例， 在分析激光器扫描中心波长随电流变化规律的基础上， 提出了基于电流控制的自适应锁定扫描中心波长的方法。 研究了基于参考校准光谱的光谱数据对准算法， 实现了开放大气中氨气浓度的实时监测。 结果表明， 波长锁定大大提高了痕量气体浓度反演的准确性和稳定性。 氨气浓度具有日变化周期： 上下班时段浓度上升， 中午达到最大值， 夜间浓度降低， 系统检测限为3.8 mg·m-3·m。

利用自行研制的开放光程傅里叶变换红外光谱测量系统于2008奥运期间对北京燕山地区大气 中的HCHO, CH[EQUATION], CH[EQUATION]OH, C[EQUATION]H[EQUATION], C[EQUATION]H[EQUATION], C[EQUATION]H[EQUATION]和CH[EQUATION]COCH[EQUATION]气体进行了连续监 测,介绍了系统的组成及光谱数据处理方法,并对浓度测量结果进行了分析。研究结果显示,7月20日限行措 施实施后,除C[EQUATION]H[EQUATION]外,其他气体日平均浓度均有明显下降,平均幅度约29%,奥运期间平均降幅达34%,受 局部气象条件引起的本底浓度暂时性波动影响,监测指标物中, C[EQUATION]H[EQUATION]平均浓度分别增加6.09%和19.66%, 但其日变化幅度明显下降,表明北京市奥运期间的控制减排措施有效。

二氧化碳(CO₂)作为最主要的温室气体,引发的气候变化和生态环境问题已经成为世界关注的焦点,因此在线监测环境大气中CO 2浓度,分析生态系统的CO 2通量是重要任务。将可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术与开放式长光程技术相结合设计了大范围CO₂监测仪,系统选择CO₂在近红外1.57 μm附近的吸收线,以30 s的时间分辨率对城郊大气CO₂浓度进行了连续测量,得出日变化和连续监测结果。结果表明在无污染排放源的城市郊区,大气中的CO 2具有明显的日变化周期性,基本特点是白天浓度低,夜间浓度高。监测仪不需要气体采样、具有高灵敏度、高分辨性、可快速在线监测、调校简单等优点,检测限可以达到4.2×10^-7。为生态系统中的温室气体大范围通量监测提供了有效的方法。

介绍了一套自行研制的开放光程傅里叶变换红外光谱系统,该系统具有250 m的有效光程.利用HITRAN数据库中的辐射线强等参数建立了用于浓度反演的标准吸收截面.使用该系统对北京地区大气的NH3进行了连续观测,并对测量结果进行了分析.研究结果表明,北京地区大气具有较高的NH3浓度,且具有比较明显的日变化周期特征,体现出白天高、夜间低的变化特征.

傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术已经成为研究微量大气组分的有效方法.使用自行组建的开放光程傅里叶变换红外光谱系统于2005年夏季和2006年冬季对北京城区的CO和CO2浓度进行了连续观测,并对测量结果进行了分析.研究结果表明,这两种气体在冬季的浓度值均明显高于夏季浓度值,并且具有类似的变化趋势,基本趋势表现为白天低、夜间高.两次测量的结果表明,这两种气体具有较好的相关性,相关系数分别为0.896和0.856.