在(zai)全球氣(qi)候(hou)變(bian)化(hua)治(zhi)理(li)的(de)大背(bei)景下(xia)，溫(wen)室氣(qi)體的(de)精(jing)準(zhun)監(jian)測已(yi)成(cheng)為環(huan)境(jing)科(ke)學(xue)、氣(qi)候(hou)變(bian)化(hua)研(yan)究(jiu)及工(gong)業(ye)排放(fang)管(guan)控的(de)核心需求(qiu)。CO₂、CH₄、N₂O及CO作(zuo)為(wei)對氣(qi)候(hou)影(ying)響顯(xian)著(zhu)的(de)溫(wen)室氣(qi)體，其(qi)濃(nong)度(du)的(de)高精(jing)度(du)、多組(zu)分同(tong)步監(jian)測是(shi)開展(zhan)相關研(yan)究和(he)管(guan)控工作(zuo)的(de)基(ji)礎(chu)。基(ji)於(yu)傅(fu)裏葉(ye)變換(huan)紅(hong)外(wai)光譜（FT-IR）技術的(de)高精(jing)度(du)多組(zu)分溫(wen)室氣(qi)體分(fen)析(xi)儀(yi)，憑借技術優(you)勢，為(wei)這四種(zhong)氣(qi)體的(de)同步檢測提(ti)供(gong)了(le)可靠(kao)解決(jue)方(fang)案(an)。本(ben)文(wen)將(jiang)詳(xiang)細闡(chan)述該(gai)分析(xi)儀(yi)的(de)同步檢測原理，並對其(qi)性(xing)能(neng)進(jin)行驗(yan)證。
該(gai)分析(xi)儀(yi)實(shi)現(xian)CO₂、CH₄、N₂O及CO同(tong)步檢測的(de)核心在(zai)於傅(fu)裏葉(ye)變換(huan)紅(hong)外(wai)光譜（FT-IR）技術，其通(tong)過對氣(qi)體分(fen)子(zi)紅(hong)外(wai)吸(xi)收特(te)性(xing)的(de)精(jing)準(zhun)捕捉(zhuo)與分析，完(wan)成(cheng)多(duo)組(zu)分氣(qi)體的(de)定性(xing)與(yu)定量檢測。
不(bu)同(tong)氣(qi)體分(fen)子(zi)的(de)分子結構(gou)，這使得(de)它(ta)們(men)對特(te)定波(bo)長(chang)的(de)紅外(wai)光有著(zhe)專屬(shu)的(de)吸收能(neng)力，就(jiu)如同每(mei)種(zhong)氣(qi)體都(dou)有“紅(hong)外(wai)指(zhi)紋(wen)"。當(dang)紅外(wai)光穿過(guo)含(han)有CO₂、CH₄、N₂O及CO的(de)氣(qi)體樣(yang)品時(shi)，這四種(zhong)氣(qi)體分(fen)子(zi)會(hui)分(fen)別吸(xi)收對應(ying)波(bo)長(chang)的(de)紅外(wai)光，形成(cheng)包(bao)含(han)多種(zhong)吸收峰(feng)的(de)復合紅外(wai)光譜。
分析儀的(de)傾斜補(bu)償(chang)式雙(shuang)臂(bi)掃(sao)擺(bai)型(xing)幹(gan)涉儀會(hui)對紅(hong)外(wai)光進(jin)行調(tiao)制。該(gai)幹涉儀采(cai)用(yong)雙擺(bai)臂(bi)結(jie)構(gou)，能(neng)有(you)效降(jiang)低(di)振(zhen)動(dong)幹(gan)擾，確(que)保光路穩(wen)定(ding)。經調制後的(de)紅外(wai)光與氣(qi)體樣(yang)品作(zuo)用(yong)後，產(chan)生(sheng)的(de)幹涉信號(hao)被(bei)液(ye)氮制冷(leng)MCT探測器(qi)接(jie)收，隨(sui)後轉化(hua)為(wei)電信(xin)號(hao)。這些電(dian)信號(hao)包(bao)含(han)了所有被(bei)測氣(qi)體的(de)吸收信息，通(tong)過傅(fu)裏葉(ye)變換(huan)將(jiang)其(qi)轉換(huan)為(wei)紅(hong)外(wai)光譜圖(tu)，就(jiu)可得(de)到(dao)包(bao)含(han)各氣(qi)體吸(xi)收特(te)征的(de)光譜數據。
為了從復合光譜中精(jing)準(zhun)提(ti)取(qu)每(mei)種(zhong)氣(qi)體的(de)濃(nong)度(du)信息，分(fen)析儀(yi)運(yun)用(yong)了非線(xian)性(xing)最小乘(cheng)擬(ni)合算法。該(gai)算法基(ji)於(yu)數字(zi)合成校(xiao)準(zhun)光譜，能(neng)精(jing)準(zhun)排除(chu)水汽(qi)以及各氣(qi)體之(zhi)間的(de)交叉幹(gan)擾。它(ta)將(jiang)實測光譜與已知濃(nong)度(du)的(de)各氣(qi)體標(biao)準(zhun)光譜進(jin)行比(bi)對擬(ni)合，通(tong)過計(ji)算匹配程度(du)，得(de)出(chu)每(mei)種(zhong)氣(qi)體的(de)濃(nong)度(du)。無論是(shi)在(zai)潔(jie)凈(jing)的(de)大氣(qi)環(huan)境(jing)中，還是(shi)在(zai)存在(zai)多種(zhong)幹擾成(cheng)分(fen)的(de)工業現(xian)場，該(gai)算法都(dou)能(neng)準(zhun)確(que)識別並提(ti)取目標氣(qi)體的(de)光譜信號(hao)，實(shi)現(xian)四種(zhong)氣(qi)體的(de)同步定量分(fen)析。
此外(wai)，分(fen)析(xi)儀(yi)的(de)多次(ci)反射(she)吸(xi)收樣(yang)品池(chi)發揮了重要(yao)作用(yong)。10m的(de)光程設(she)計(ji)增加了紅外(wai)光與氣(qi)體分(fen)子(zi)的(de)作用(yong)時間，使得(de)即(ji)使是(shi)低(di)濃(nong)度(du)的(de)氣(qi)體分(fen)子(zi)也(ye)能(neng)產(chan)生(sheng)可被(bei)清(qing)晰(xi)探測到(dao)的(de)吸收信號(hao)，大幅(fu)提升(sheng)了(le)檢測的(de)靈敏度(du)，為ppb量級(ji)的(de)低(di)濃(nong)度(du)檢測提(ti)供(gong)了(le)保(bao)障。
精(jing)度(du)是(shi)衡量氣(qi)體分(fen)析(xi)儀(yi)性(xing)能(neng)的(de)關鍵(jian)指標(biao)，主(zhu)要(yao)通(tong)過min檢出(chu)限和(he)測量範(fan)圍(wei)來(lai)體現(xian)。該(gai)分析(xi)儀(yi)采(cai)用(yong)先進(jin)的(de)FT-IR技術，結合多次(ci)反射(she)吸(xi)收樣(yang)品池(chi)的(de)增敏作(zuo)用(yong)，在(zai)檢測CO₂、CH₄、N₂O及CO時(shi)，min檢出(chu)限≤100ppb。這意味著即(ji)使氣(qi)體濃(nong)度(du)低(di)至(zhi)ppb級別，分析(xi)儀(yi)也(ye)能(neng)準(zhun)確(que)捕捉(zhuo)到其存在(zai)並進(jin)行定(ding)量分(fen)析。
同時，其測量範(fan)圍(wei)覆蓋ppb～ppm量級(ji)，能(neng)夠(gou)滿足從(cong)環(huan)境(jing)大氣(qi)背(bei)景值(zhi)監(jian)測到(dao)工(gong)業汙(wu)染(ran)源(yuan)排放(fang)監(jian)測等(deng)不(bu)同(tong)場(chang)景的(de)需求。在(zai)實驗(yan)室(shi)環(huan)境(jing)下(xia)，通(tong)過對已(yi)知(zhi)濃(nong)度(du)的(de)標準(zhun)氣(qi)體進(jin)行檢測，結(jie)果(guo)顯(xian)示測量值(zhi)與(yu)標(biao)準(zhun)值(zhi)的(de)偏(pian)差極(ji)小，充(chong)分(fen)驗(yan)證了其在(zai)不(bu)同(tong)濃(nong)度(du)範(fan)圍(wei)內的(de)高精(jing)度(du)檢測能(neng)力。
穩(wen)定(ding)可靠(kao)的(de)運(yun)行是(shi)分析儀在(zai)實際(ji)應(ying)用(yong)中發揮作用(yong)的(de)基(ji)礎(chu)，這主(zhu)要(yao)得(de)益(yi)於(yu)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)和(he)技(ji)術創(chuang)新。傾斜補(bu)償(chang)式雙(shuang)臂(bi)掃(sao)擺(bai)型(xing)幹(gan)涉儀作(zuo)為技術，解決(jue)了傳統幹涉儀抗(kang)震不(bu)足的(de)痛點。在(zai)工業(ye)現(xian)場等(deng)存在(zai)持續振(zhen)動(dong)的(de)環(huan)境(jing)中，傳統幹涉儀易出(chu)現(xian)光路偏(pian)移(yi)，導致測量誤差。而該(gai)幹涉儀的(de)雙擺(bai)臂(bi)結(jie)構(gou)能(neng)自(zi)動補(bu)償(chang)振(zhen)動(dong)影(ying)響，經測試(shi)，在(zai)振(zhen)動(dong)頻(pin)率(lv)為(wei)5-50Hz、振(zhen)幅(fu)為0.1-0.5mm的(de)環(huan)境(jing)下(xia)，分(fen)析(xi)儀的(de)測量偏(pian)差仍(reng)能(neng)控制在(zai)允許(xu)範(fan)圍(wei)內，抗(kang)震性(xing)能(neng)顯(xian)著(zhu)。
另(ling)外(wai)，液(ye)氮自動(dong)添(tian)加系統確(que)保了探測器(qi)的(de)穩(wen)定(ding)制冷(leng)。探測器(qi)的(de)制冷(leng)效果(guo)直(zhi)接(jie)影響光譜信號(hao)的(de)采集(ji)質(zhi)量，該(gai)自動(dong)添(tian)加系統能(neng)根(gen)據液位變(bian)化(hua)智(zhi)能(neng)補(bu)給液氮，保證探測器(qi)始(shi)終處(chu)於(yu)穩(wen)定(ding)的(de)工作狀態(tai)。在(zai)長期連(lian)續運(yun)行測試(shi)中，即(ji)使在(zai)85%濕度(du)的(de)環(huan)境(jing)下(xia)，分(fen)析(xi)儀也(ye)能(neng)保(bao)持穩(wen)定(ding)的(de)性(xing)能(neng)，數據波(bo)動(dong)較(jiao)小，充(chong)分(fen)證明了其在(zai)不(bu)同(tong)環(huan)境(jing)條件下的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)。
高效的(de)數據處(chu)理(li)與傳輸能(neng)力是(shi)確(que)保監(jian)測數據及時(shi)發(fa)揮作(zuo)用(yong)的(de)關鍵(jian)。分析(xi)儀(yi)配備(bei)中文軟件(jian)界(jie)面，操(cao)作(zuo)簡便，操(cao)作(zuo)人(ren)員經過(guo)簡單培訓即(ji)可熟(shu)練使用(yong)。在(zai)數據傳輸方面，其支(zhi)持4G/5G網絡實(shi)時(shi)上傳數據，經實際測試(shi)，從數據采集(ji)到(dao)傳輸至監(jian)控平臺(tai)的(de)時間間隔不(bu)超(chao)過(guo)10秒，能(neng)夠(gou)滿足實(shi)時(shi)決(jue)策(ce)的(de)需求。
同時，分析儀(yi)可記錄(lu)並保(bao)存原始光譜數據和(he)濃(nong)度(du)測量結(jie)果，便於(yu)後續的(de)數據處(chu)理(li)和(he)分(fen)析。在(zai)數據存儲容量測試(shi)中，其能(neng)穩(wen)定(ding)存儲至少3個(ge)月的(de)連(lian)續監(jian)測數據，且數據讀取(qu)和(he)導(dao)出(chu)便捷(jie)，為後續的(de)研究和(he)分(fen)析工作提(ti)供(gong)了(le)便利(li)。
該(gai)分析(xi)儀(yi)具有良(liang)好(hao)的(de)環(huan)境(jing)適應(ying)性(xing)，能(neng)在(zai)溫(wen)度(du)10～30℃、濕度(du)≤85%R.H.的(de)環(huan)境(jing)下(xia)正常工作(zuo)。在(zai)高溫(wen)、高濕(shi)等(deng)惡劣環(huan)境(jing)模(mo)擬(ni)測試(shi)中，將分析儀(yi)置於30℃、85%濕度(du)的(de)環(huan)境(jing)中連(lian)續運(yun)行100小時(shi)，其(qi)測量精(jing)度(du)、穩(wen)定(ding)性(xing)等(deng)性(xing)能(neng)指(zhi)標均未出(chu)現(xian)明顯(xian)下(xia)降(jiang)，依(yi)然能(neng)準(zhun)確(que)檢測出(chu)CO₂、CH₄、N₂O及CO的(de)濃(nong)度(du)。這表明(ming)該(gai)分析(xi)儀(yi)能(neng)夠(gou)適應(ying)不(bu)同(tong)地(di)區、不(bu)同(tong)季(ji)節(jie)的(de)環(huan)境(jing)條件，可在(zai)環(huan)境(jing)大氣(qi)監(jian)測、工(gong)業(ye)園區監(jian)測等(deng)多種(zhong)場景下(xia)穩(wen)定(ding)應(ying)用(yong)。
基(ji)於(yu)FT-IR技術的(de)高精(jing)度(du)多組(zu)分溫(wen)室氣(qi)體分(fen)析(xi)儀(yi)，借(jie)助傅(fu)裏葉(ye)變換(huan)紅(hong)外(wai)光譜技術、非線(xian)性(xing)最小乘(cheng)擬(ni)合算法等(deng)核心技術(shu)，實(shi)現(xian)了CO₂、CH₄、N₂O及CO的(de)同步檢測。通(tong)過性(xing)能(neng)驗(yan)證可知(zhi)，該(gai)分析(xi)儀(yi)在(zai)精(jing)度(du)、穩(wen)定(ding)性(xing)、數據處(chu)理(li)與傳輸以及環(huan)境(jing)適應(ying)性(xing)等(deng)方面均表(biao)現(xian)出(chu)色(se)，min檢出(chu)限≤100ppb，測量範(fan)圍(wei)覆蓋ppb～ppm量級(ji)，能(neng)在(zai)復雜環(huan)境(jing)下(xia)長(chang)期穩(wen)定(ding)運(yun)行，且數據傳輸及時(shi)、準(zhun)確(que)。
該(gai)分析(xi)儀(yi)的(de)出(chu)現(xian)，為溫(wen)室氣(qi)體的(de)多組(zu)分同(tong)步監(jian)測提(ti)供(gong)了(le)可靠(kao)的(de)技術支撐(cheng)，不(bu)僅(jin)可應(ying)用(yong)於環(huan)境(jing)大氣(qi)溫(wen)室氣(qi)體高(gao)精(jing)度(du)在(zai)線(xian)監(jian)測，還(hai)能(neng)滿(man)足環(huan)境(jing)大氣(qi)碳(tan)源(yuan)匯、碳(tan)傳輸分析以及工(gong)業(ye)園區溫(wen)室氣(qi)體在(zai)線(xian)監(jian)測等(deng)多種(zhong)場景的(de)需求，為氣(qi)候(hou)變(bian)化(hua)研(yan)究(jiu)、環(huan)境(jing)管(guan)理(li)和(he)工(gong)業排放(fang)管(guan)控提供(gong)了(le)有(you)力的(de)技術保障。
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