基于中红外吸收光谱的多组分混合气体定性定量分析方法

摘要

本发明属于光学技术领域，特别涉及一种基于中红外吸收光谱的多组分混合气体定性定量分析方法及系统。本发明通过非线性优化方法，用一系列Voigt函数反复拟合特征吸收光谱，以判别测得的吸收峰可能由哪些待测气体的吸收峰组成，从而得到一个峰位置的列表，再与从标准数据库得到的不同物质的光谱峰值的默认位置做比较，在一定的可接受误差范围内确定某种特定气体的存在，通过计算机中执行非线性优化算法，从而获得气体浓度。本发明即使在环境影响导致仪器测得的谱线位置或线宽产生一定变化的情况下，依然能够通过数值分析获取准确结果，且不需要一台独立的光谱仪在不同实验条件下获取参考光谱。本发明同时提供实现所述定性定量分析方法的系统。

主权项

1.一种基于中红外吸收光谱的多组分混合气体定性定量分析方法，其特征在于，在中红外波段内采集至少一种混合气体的特征吸收光谱；通过非线性优化计算，在相似实验条件下比较采集到的气体特征吸收光谱和标准数据库的理论光谱；计算出气体的浓度，具体包括下列步骤，步骤1：通过可调谐中红外激光器扫描气体的特征吸收峰所在波段得到气体吸收光谱；步骤2：将得到的气体吸收光谱根据下列拟合函数F进行循环计算，在每一次循环中增加一条新的Voigt剖线，直到对于所有波长绝对拟合误差|F-S|小于阈值时或最后一次得到的差值中峰的强度低于阈值时终止；F = V1(p1) + V2(p2) +  …..+Vn(pn),其中，Vi(pi)是Voigt剖线；pi是由峰的位置，强度和宽度组成的向量参数；n是对所有波长绝对拟合误差abs|F-S|小于阈值或最后一次得到的差值中峰的强度低于阈值时的Voigt剖线的总数，S是吸收光谱；步骤3：与气体吸收光谱的标准数据库进行比较，当标准数据库的主峰和被提取出的主峰的位置差值少于阈值时以及标准数据库中的旁峰和被提取出的旁峰的位置差值少于阈值时，测定气体组成；如果实验光谱中提取的峰的参数不能与标准数据库中的峰列表所对应，则提出警告；步骤4：通过下列拟合函数F’确定气体的浓度；F’=C1*Vs1(p1) + C2*Vs2(p2) + …. + Cn*Vsn(pn)其中，Vsi是第i种气体的Voigt剖线的总和；pi是包括增宽参数和位移参数的参数向量；Ci是确定第i种气体浓度的系数因子。