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中科院團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新紅外光譜分析技術(shù) 提升復(fù)雜環(huán)境下氣體監(jiān)測(cè)精度

2025年08月29日 15:55:45 來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點(diǎn)擊量：5146

中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院團(tuán)隊(duì)提出一種結(jié)合可變分解層雙樹(shù)復(fù)小波變換與非線性最小二乘擬合的紅外光譜分析新方法。該方法能自適應(yīng)估計(jì)復(fù)雜環(huán)境中的背景光譜，有效克服水汽及環(huán)境變動(dòng)干擾，在外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中顯著提高了乙烯、丙烯等氣體的反演精度，為開(kāi)放路徑紅外遙感高精度氣體監(jiān)測(cè)提供了新解決方案。

　　近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所(以下簡(jiǎn)稱“安光所”)科研團(tuán)隊(duì)在紅外光譜遙感分析技術(shù)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該研究提出了一種針對(duì)開(kāi)放路徑條件下大氣污染物高精度定量分析的新方法，有效解決了復(fù)雜環(huán)境中背景光譜難以穩(wěn)定提取的技術(shù)難題。相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《分析化學(xué)》(Analytical Chemistry)，該期刊為化學(xué)分析領(lǐng)域的一區(qū)TOP期刊。
 

 

　　開(kāi)放路徑傅里葉變換紅外光譜技術(shù)(OP-FTIR)作為一種主動(dòng)遙感手段，廣泛應(yīng)用于大氣多組分痕量氣體的遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，水汽吸收、溫濕度波動(dòng)、氣溶膠散射及光程擾動(dòng)等因素常導(dǎo)致背景光譜發(fā)生非穩(wěn)態(tài)變化，嚴(yán)重影響污染物濃度反演的準(zhǔn)確性。長(zhǎng)期以來(lái)，如何在動(dòng)態(tài)環(huán)境中穩(wěn)定、精確地估計(jì)背景光譜，成為該技術(shù)邁向高精度測(cè)量的主要瓶頸。
 
　　針對(duì)這一挑戰(zhàn)，安光所研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種結(jié)合可變分解層雙樹(shù)復(fù)小波變換（VDL-DTCWT）與非線性最小二乘擬合（NLLS）的一體化檢索方法。該方法能夠根據(jù)不同光譜波段特性自適應(yīng)重構(gòu)背景信號(hào)，有效提取多尺度、非穩(wěn)態(tài)特征，同時(shí)在擬合模型中納入水汽等干擾組分與目標(biāo)污染物一同進(jìn)行聯(lián)合反演，顯著減少不同組分吸收信號(hào)之間的串?dāng)_。
 
　　研究通過(guò)氣室實(shí)驗(yàn)和外場(chǎng)實(shí)測(cè)對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證。與傳統(tǒng)的高次勒讓德多項(xiàng)式擬合法相比，新方法對(duì)乙烯(C?H?)和丙烯(C?H?)的平均均方根誤差分別降低了7.04%和19.37%，反演精度顯著提高。此外，在三個(gè)不同外場(chǎng)點(diǎn)的測(cè)試中，針對(duì)CO?和CO等重要背景氣體，其相對(duì)不確定度也明顯下降，體現(xiàn)出該方法在變化環(huán)境條件下具有良好的穩(wěn)健性。
 
　　該項(xiàng)研究為開(kāi)放路徑紅外光譜定量分析提供了一種通用且可靠的背景估計(jì)策略，不僅提升了復(fù)雜環(huán)境下污染氣體遙感監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度，也為光學(xué)遙感技術(shù)在高精度大氣監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用提供了重要技術(shù)支撐。
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