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中科院团队创新红外光谱分析技术 提升复杂环境下气体监测精度
2025年08月29日 15:55:45
来源：化工仪器网 作者：宋池 点击量：5246
中国科学院合肥物质院团队提出一种结合可变分解层双树复小波变换与非线性最小二乘拟合的红外光谱分析新方法。该方法能自适应估计复杂环境中的背景光谱，有效克服水汽及环境变动干扰，在外场实验中显著提高了乙烯、丙烯等气体的反演精度，为开放路径红外遥感高精度气体监测提供了新解决方案。
近日，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所(以下简称“安光所”)科研团队在红外光谱遥感分析技术领域取得重要进展。该研究提出了一种针对开放路径条件下大气污染物高精度定量分析的新方法，有效解决了复杂环境中背景光谱难以稳定提取的技术难题。相关成果发表于国际权威学术期刊《分析化学》(Analytical Chemistry)，该期刊为化学分析领域的一区TOP期刊。
开放路径傅里叶变换红外光谱技术(OP-FTIR)作为一种主动遥感手段，广泛应用于大气多组分痕量气体的远距离实时监测。然而，在实际应用中，水汽吸收、温湿度波动、气溶胶散射及光程扰动等因素常导致背景光谱发生非稳态变化，严重影响污染物浓度反演的准确性。长期以来，如何在动态环境中稳定、精确地估计背景光谱，成为该技术迈向高精度测量的主要瓶颈。
针对这一挑战，安光所研究团队开发了一种结合可变分解层双树复小波变换（VDL-DTCWT）与非线性最小二乘拟合（NLLS）的一体化检索方法。该方法能够根据不同光谱波段特性自适应重构背景信号，有效提取多尺度、非稳态特征，同时在拟合模型中纳入水汽等干扰组分与目标污染物一同进行联合反演，显著减少不同组分吸收信号之间的串扰。
研究通过气室实验和外场实测对该方法进行了验证。与传统的高次勒让德多项式拟合法相比，新方法对乙烯(C₂H₄)和丙烯(C₃H₆)的平均均方根误差分别降低了7.04%和19.37%，反演精度显著提高。此外，在三个不同外场点的测试中，针对CO₂和CO等重要背景气体，其相对不确定度也明显下降，体现出该方法在变化环境条件下具有良好的稳健性。
该项研究为开放路径红外光谱定量分析提供了一种通用且可靠的背景估计策略，不仅提升了复杂环境下污染气体遥感监测的准确度，也为光学遥感技术在高精度大气监测领域的大规模应用提供了重要技术支撑。
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