Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal professor Zhang Zhirong presso l'Istituto di ottica e meccanica di precisione di Anhui, Istituto di scienze fisiche di Hefei, Accademia cinese delle scienze, ha compiuto progressi significativi nello studio della tecnologia di ricostruzione della linea di base per gas di assorbimento ad ampio-spettro. I risultati, intitolati "Ricostruzione della linea di base per le caratteristiche di assorbimento ad ampio-spettro delle miscele di alcani basate sulla spettroscopia di assorbimento laser", sono stati pubblicati sulla rivista accademica internazionale Analytical Chemistry.
La spettroscopia ad assorbimento diretto è il metodo di analisi quantitativa del gas più utilizzato nell'ambito della spettroscopia ad assorbimento laser. Tuttavia, la precisione della misurazione dipende in larga misura dall'acquisizione precisa della linea di base dell'intensità della luce incidente-dell'intensità del segnale luminoso in assenza di assorbimento di gas. Per i gas con caratteristiche di assorbimento a banda larga, come gli alcani (ad esempio propano, butano), le linee di assorbimento sono densamente compattate e continue, spesso prive di regioni libere di assorbimento distinte. Questa caratteristica rende i metodi tradizionali di correzione della linea di base-come il metodo di previsione dell'ambiente senza assorbimento-o l'adattamento polinomiale-inefficace o completamente inaffidabile negli scenari di monitoraggio dinamico industriale-del mondo reale, creando un collo di bottiglia critico per le applicazioni ad alta-precisione di questa tecnologia.
Rispondendo all'urgente richiesta di sicurezza industriale di un monitoraggio ad alta-precisione-in tempo reale dei gas marcatori di alcani-in particolare in applicazioni come il rilevamento di perdite di serbatoi di petrolio e gas-il team di ricerca ha proposto in modo innovativo una strategia di ricostruzione della linea di base a doppia-lunghezza d'onda basata su principi fisici. Il concetto centrale sfrutta le correlazioni fisiche all'interno del percorso ottico anziché fare affidamento su complessi presupposti algoritmici o su un'ampia formazione dei dati. Il team ha scoperto che all'interno delle celle di assorbimento a riflessione multipla-, le fluttuazioni dell'intensità della luce causate da fattori come i cambiamenti di temperatura e il jitter dei componenti ottici mostrano forti correlazioni tra le diverse lunghezze d'onda.
Sfruttando questo meccanismo fisico, il team è riuscito a creare un robusto modello lineare che collega una lunghezza d'onda target (1686 nm, principalmente per il monitoraggio di propano e butano) con una lunghezza d'onda di riferimento (1653 nm, principalmente per il monitoraggio del metano). Monitorando continuamente le variazioni della linea di base misurabili con precisione nel canale della lunghezza d'onda di riferimento, questo modello ricostruisce in modo sincrono e accurato la linea di base sconosciuta nell'ampia banda di assorbimento della lunghezza d'onda target. Questo approccio risolve il problema della mancanza di "punti di ancoraggio" per la calibrazione di base nei gas ad ampio-spettro.
La validazione sperimentale dimostra che in condizioni dinamiche di ciclizzazione della temperatura che vanno da -10 gradi a 30 gradi, l'errore quadratico medio relativo-media-di questo metodo di ricostruzione della linea di base rimane inferiore all'1,63%. Quando applicata ai calcoli dell’assorbanza per propano, butano e loro miscele, la linea di base ricostruita ha introdotto un errore relativo massimo di solo l’1,7%. Questo lavoro trasforma una sfida fondamentale di misurazione nella spettroscopia di assorbimento diretto in una soluzione basata su correlazioni fisiche misurabili, offrendo un nuovo approccio per il monitoraggio online ad alta-precisione e in tempo reale-di gas assorbenti ad ampio spettro in ambienti industriali complessi come la produzione di sicurezza petrolchimica.
