一種傅里葉變換紅外光譜儀波數漂移的校正方法
【專利說明】
[0001] 原申請的申請日為2014. 11. 10,申請號為201410628989. 0,發明名稱為一種傅里 葉變換紅外光譜儀波數漂移的校正方法。
技術領域
[0002] 本發明涉及紅外光光譜測定法，具體涉及傅里葉變換紅外光譜儀波數漂移的校 正。
【背景技術】
[0003] 傅里葉變換紅外光譜技術廣泛應用在軍事、環保、農業、醫療等領域，具有高精度、 多通道、寬光譜范圍等優點，是近紅外和中紅外波段中最有效的測量與分析工具。然而由于 儀器線型函數和相位誤差等因素，導致實際測量光譜與標準吸收光譜之間存在波數漂移現 象，影響傅里葉變換紅外光譜定量分析，因此要獲取準確有效的待測組分濃度信息，必須對 傅里葉變換紅外光譜儀的波數漂移進行校正。
[0004] 現有校準傅里葉變換紅外光譜儀的方法是黑體輻射標定，但是該方法只能校正儀 器的亮度，顯然不能滿足研宄人員研宄紅外光透過待測氣體的吸光度值所對應波數的實際 需要。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的技術問題是提供一種傅里葉變換紅外光譜儀波數漂移的校正 方法，該方法校正的傅里葉變換紅外光譜儀完全滿足波數偏移小于10 %的實際要求。
[0006] 本發明解決上述問題的技術方案如下所述：
[0007] -種傅里葉變換紅外光譜儀波數漂移的校正方法，該方法包括以下步驟：
[0008] (1)在氣體池中注入體積濃度為c的CO與平衡氣的混合氣體，并使得氣體池中CO 的透過率t= 滿足下式（I):
[0009] 30%^e_〇cL^ 50% (I)
[0010] 上式（I)中，L為氣體池的有效吸收光程，c為氣體池中CO氣體的濃度，〇為CO氣體的吸收系數，且，
[0011] cr=S(T) ?fL(v)?fG(k) (II)
[0012] 上式（II)中，S(T)為CO氣體分子在溫度T時的吸收線強，T為氣體池中混合氣 體的溫度，且
[0013]
[0014]fL(v)為洛倫茲展寬線型，fG(v)高斯展寬線型，v為所述紅外光束的波數，且 [0015]
[0016]
(V)
[0017]上式（III)中，C2為第二幅射常數，n為低能態能級，n'為高能態能級，vnn， 為吸收線頻率，Ens吸收線低能態能量，T為絕對溫度，Q(T)為總配分函數，T,ef=296K， Q(〇為296K時的配分函數；上式（IV)中，v為紅外光束的波數，vQ為譜線中心位置的 波數，^為洛倫茲線型峰值半高半寬（HWHM)，」
>，該式 中y*為空氣展寬，y3&為自展寬，可由HITRAN數據庫中得到；上式（V)中，v和vQ與 (IV)式相同，ae為高斯線型峰值半高半寬（HWHM):
/2，該式中k為玻爾 茲曼常數，m為CO的分子質量，V為光速；
[0018] (2)按下式（III)在待校正的傅里葉變換紅外光譜儀的標稱波數范圍內，計算每一 波數下對應的吸光度值，得到波數及其對應吸光度值的數據集，然后，從中尋找出最大吸光 度值及其對應的波數，
[0019] A= 〇cL (III)
[0020] 式（III)中，〇、c和L的定義與步驟⑴相同；
[0021] (3)使得碳化硅紅外光源經準直后的紅外光束透過注有混合氣體的氣體池進入待 校正的傅里葉變換紅外光譜儀，得到CO吸收特征的透過率光譜，并在該透過率光譜中找到 透過率譜的最小值對應的波數；
[0022] (4)用步驟（3)所找到的透過率譜的最小值對應的波數減去步驟⑵所尋找出的 最大吸光度值對應的波數，得二者的差值然后進行下述操作即可：
[0023] 當Av> 〇時，將待校正的傅里葉變換紅外光譜儀的采樣間隔減小 A V I * ( V max" V min)M；
[0024] 當Av< 〇時，將待校正的傅里葉變換紅外光譜儀的采樣間隔增大 A V I * ( V max" V min)M；
[0025] 上述公式|Av| ? (vmax-vmin)/m中，vmin分別為待校正的傅里葉變換紅外 光譜儀標稱波數范圍的最大值和最小值，m為待校正的傅里葉變換紅外光譜儀標稱的采樣 點數。
[0026] 上述方案中，所述的平衡氣是高純氮氣（N2)或二氧化碳氣體（C02)。
[0027] 上述方案中HITRAN數據庫的地址為：http://www.cfa.harvard.edu/hitran/〇
[0028] 本發明利用注入體積濃度為c的CO與平衡氣的氣體池對紅外吸收很明顯但又不 飽和的特性，先計算出C0最大吸光度理論值所對應的波數，再用待校正的傅里葉變換紅外 光譜儀實測得到C0吸收特征的透過率光譜，并在該透過率光譜中找到透過率譜的最小值 對應的波數，然后，用所述C0最大吸光度理論值所對應的波數與實測圖譜中最低透過率所 對應的波數差值的絕對值來修正待校正的傅里葉變換紅外光譜儀的采樣間隔，從而使所校 正的傅里葉變換紅外光譜儀完全滿足波數偏移小于10 %的實際要求，不僅簡單方便，而且 取材容易、經濟實用。
【附圖說明】
[0029] 圖1為實施本發明所述方法的硬件系統原理圖。
[0030] 圖2為CO吸光度值與波數的理論數據集所對應的譜圖。
[0031] 圖3為一種待校正的傅里葉變換紅外光譜儀的實測透過率譜。
[0032] 圖4為另一種待校正的傅里葉變換紅外光譜儀的實測透過率譜。
[0033] 圖5為一種待校正的傅里葉變換紅外光譜儀校正前后波數漂移量的比較圖。
[0034] 圖6為另一種待校正的傅里葉變換紅外光譜儀校正前后波數漂移量的比較圖。
【具體實施方式】
[0035] 下述實施例中所用公式中各參數的物理意義均與
【發明內容】
中對應公式相同。
[0036] 例1 (平衡氣為高純氮氣）
[0037] 1、硬件系統的組成
[0038] 參見圖1，實現本發明所述傅里葉變換紅外光譜儀波數漂移的校正方法的硬件系 統由碳化硅紅外光源及其準直系統1、密封的氣體池2和待校正的傅里葉變換紅外光譜儀3 組成。使用時，準直后的紅外光束，經氣體池2內氣體吸收后，進入待校正的傅里葉變換紅 外光譜儀3。
[0039] 上述硬件系統中，氣體池2具有一個入射通光口和一個出射通光口，兩通光口之 間的有效吸收光程L= 10cm;所述氣體池中混合氣體由CO和N2，其中CO的體積濃度為 〇? 1%，其余為N2。
[0040] 上述硬件系統中，待校正的傅里葉變換紅外光譜儀3的型號為AGYQ-FTIR，該型號 光譜儀的標稱波數范圍為600CHT1~5000CHT1，標稱米樣點數為65536(由儀器的分辨率按 公式洳=4算出，其中L' = 2nX632.8X1〇 7,2n為數據點數）；
[0041] 上述硬件系統中，如果待校正的傅里葉變換紅外光譜儀3是主動式的傅里葉變換 紅外光譜儀，所述的碳化硅紅外光源及其準直系統1可以是儀器自帶的碳化硅紅外光源及 其準直系統，所述的氣體池2也可以是儀器自帶的氣體樣品池。
[0042] 2、波數漂移的標定方法
[0043] (1)根據上述硬件系統，先由公式a=S(T) ?fL(v) ?fG(v)計算出⑶的吸收 系數〇 ;計算吸收系數〇所需的S(T)、fJv)和fjv)的計算方法見
【發明內容】
中的公式 (III)~（V);
[0044] 再由公式t= H十算出透過率t，并使得其滿足30%彡ei彡50% ;
[0045] (2)按公式A= 〇cL在波數為600CHT1~SOOOcnT1的范圍內，計算每一波