[發(fā)明專利]一種從混合氣體的紅外吸收光譜中解析單組分流量的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810797772.0
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN108982401B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊愛武;酒少武;楊聯(lián)樹;陳延信
• 申請（專利權(quán)）人: 西安博研儀器分析應(yīng)用科技有限公司;西安建筑科技大學(xué)
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種從混合氣體的紅外吸收光譜中解析單組分流量的方法，將熱反應(yīng)產(chǎn)生的混合氣體接入紅外吸收光譜儀，對混合氣體進(jìn)行紅外吸收光譜測量，得到包含波數(shù)、吸光度和時間三個坐標(biāo)軸的三維紅外吸收光譜圖；從圖中標(biāo)注出每個吸收峰最高位置對應(yīng)的時間，分別解析出標(biāo)注時間所對應(yīng)的以吸光度為縱坐標(biāo)、波數(shù)為橫坐標(biāo)的一系列二維紅外吸收光譜圖；解析出混合氣體中包含的各種氣體組分，對每種氣體組分分別選取一個不與其它組分重疊的吸收峰作為特征紅外吸收峰；建立模型分別對各種氣體組分的特征紅外吸收峰進(jìn)行計算，最終得到各種氣體組分的相對流量隨時間變化的關(guān)系圖。本發(fā)明拓展了熱分析?紅外吸收光譜分析聯(lián)用技術(shù)在復(fù)雜熱反應(yīng)過程解析領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測試分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及從混合氣體的紅外吸收光譜中解析單組分流量的方法。

背景技術(shù)

在科學(xué)研究和生產(chǎn)控制中，經(jīng)常需要對材料的熱反應(yīng)過程進(jìn)行在線監(jiān)測，以表征材料自身或混合組分間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。對于某種成熟的生產(chǎn)工藝，在穩(wěn)定工況時產(chǎn)生氣體的組分種類是穩(wěn)定的，并且各種組分的含量也是相對穩(wěn)定的，這類情況通常借助定制專用的氣體成分檢測儀就可以實現(xiàn)準(zhǔn)確的在線監(jiān)測。這種定制的氣體成分分析儀，通常是根據(jù)不同氣體的某些特征，設(shè)置專用的檢測模塊并設(shè)定量程范圍，在穩(wěn)定工況條件下對混合氣體中的組分分析是準(zhǔn)確可靠的。但對于未知的熱反應(yīng)過程以及不穩(wěn)定工況下的熱反應(yīng)過程，比如多階段溫控過程，多條件變化的工況(如氣氛、流速或相對含量等變化)環(huán)境下，熱反應(yīng)產(chǎn)生氣體的種類、含量均為變化量。這些定制的氣體成分分析儀由于沒有安裝相應(yīng)的未知成分氣體檢測模塊，或者沒有設(shè)置適宜的量程范圍等，就無法滿足精確在線監(jiān)測的需要。

紅外光譜分析是一種官能團(tuán)和原子團(tuán)結(jié)構(gòu)分析技術(shù)。其原理是，分子按照各自的固有頻率振動，當(dāng)波長連續(xù)變化的紅外光照射分子時，與分子固有頻率相同的紅外光即被吸收，因此通過樣品的紅外吸收特征就可以確定其分子結(jié)構(gòu)。該分析方法具有簡單、快速、準(zhǔn)確的特點，既可以離線分析，亦可在線分析，廣泛應(yīng)用于分析測試領(lǐng)域。借助氣體實時在線紅外光譜法，就可以實現(xiàn)對各種條件下熱反應(yīng)過程的實時監(jiān)測。然而，通常的混合氣體紅外光譜實時監(jiān)測得到的紅外光譜圖是包含波數(shù)、吸光度和時間三個坐標(biāo)軸的三維紅外吸收光譜圖。雖然三維紅外吸收光譜圖中包含各種氣體組分的種類和吸收強(qiáng)度等信息，但卻無法直接顯示出來。并且，現(xiàn)有的紅外吸收光譜法通常是將各種氣體的紅外吸收光譜進(jìn)行直接累加，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為表觀的總流量信息，但卻無法直接得到各種組分的流量變化。因此，混合氣體紅外光譜實時監(jiān)測技術(shù)在實際應(yīng)用中是有局限的。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種從混合氣體的紅外吸收光譜中解析單組分流量的方法，為混合氣體紅外光譜實時監(jiān)測技術(shù)提供一種后期處理技術(shù)。通過對紅外光譜實時監(jiān)測得到的三維紅外吸收光譜圖進(jìn)行解析、建模計算，得到混合氣體中各種氣體組分的種類和單組分流量變化的信息，從而可以對熱反應(yīng)過程進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，解決混合氣體紅外光譜實時監(jiān)測的定性分析和定量表征問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種從混合氣體的紅外吸收光譜中解析單組分流量的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，將熱反應(yīng)產(chǎn)生的混合氣體接入紅外吸收光譜儀，對混合氣體進(jìn)行紅外吸收光譜測量，得到包含波數(shù)、吸光度和時間三個坐標(biāo)軸的三維紅外吸收光譜圖；

步驟二，從三維紅外吸收光譜圖中，標(biāo)注出每個吸收峰最高位置所對應(yīng)的時間，分別解析出標(biāo)注時間所對應(yīng)的以吸光度為縱坐標(biāo)、波數(shù)為橫坐標(biāo)的一系列二維紅外吸收光譜圖；

步驟三，將所解析出的一系列二維紅外吸收光譜圖，分別進(jìn)行紅外吸收標(biāo)準(zhǔn)譜庫檢索，通過與標(biāo)準(zhǔn)氣體的紅外吸收圖譜進(jìn)行比較，解析出混合氣體中包含的各種氣體組分；

步驟四，對每種氣體組分分別選取一個不與其它組分重合的吸收峰，作為該氣體組分的特征紅外吸收峰；