一种傅里叶变换红外光谱仪波数漂移的校正方法
【专利说明】
[0001] 原申请的申请日为2014. 11. 10,申请号为201410628989. 0,发明名称为一种傅里 叶变换红外光谱仪波数漂移的校正方法。
技术领域
[0002] 本发明涉及红外光光谱测定法，具体涉及傅里叶变换红外光谱仪波数漂移的校 正。
【背景技术】
[0003] 傅里叶变换红外光谱技术广泛应用在军事、环保、农业、医疗等领域，具有高精度、 多通道、宽光谱范围等优点，是近红外和中红外波段中最有效的测量与分析工具。然而由于 仪器线型函数和相位误差等因素，导致实际测量光谱与标准吸收光谱之间存在波数漂移现 象，影响傅里叶变换红外光谱定量分析，因此要获取准确有效的待测组分浓度信息，必须对 傅里叶变换红外光谱仪的波数漂移进行校正。
[0004] 现有校准傅里叶变换红外光谱仪的方法是黑体辐射标定，但是该方法只能校正仪 器的亮度，显然不能满足研宄人员研宄红外光透过待测气体的吸光度值所对应波数的实际 需要。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种傅里叶变换红外光谱仪波数漂移的校正 方法，该方法校正的傅里叶变换红外光谱仪完全满足波数偏移小于10 %的实际要求。
[0006] 本发明解决上述问题的技术方案如下所述：
[0007] -种傅里叶变换红外光谱仪波数漂移的校正方法，该方法包括以下步骤：
[0008] (1)在气体池中注入体积浓度为c的CO与平衡气的混合气体，并使得气体池中CO 的透过率t= 满足下式（I):
[0009] 30%^e_〇cL^ 50% (I)
[0010] 上式（I)中，L为气体池的有效吸收光程，c为气体池中CO气体的浓度，〇为CO气体的吸收系数，且，
[0011] cr=S(T) ?fL(v)?fG(k) (II)
[0012] 上式（II)中，S(T)为CO气体分子在温度T时的吸收线强，T为气体池中混合气 体的温度，且
[0013]
[0014]fL(v)为洛伦兹展宽线型，fG(v)高斯展宽线型，v为所述红外光束的波数，且 [0015]
[0016]
(V)
[0017]上式（III)中，C2为第二幅射常数，n为低能态能级，n'为高能态能级，vnn， 为吸收线频率，Ens吸收线低能态能量，T为绝对温度，Q(T)为总配分函数，T,ef=296K， Q(〇为296K时的配分函数；上式（IV)中，v为红外光束的波数，vQ为谱线中心位置的 波数，^为洛伦兹线型峰值半高半宽（HWHM)，」
>，该式 中y*为空气展宽，y3&为自展宽，可由HITRAN数据库中得到；上式（V)中，v和vQ与 (IV)式相同，ae为高斯线型峰值半高半宽（HWHM):
/2，该式中k为玻尔 兹曼常数，m为CO的分子质量，V为光速；
[0018] (2)按下式（III)在待校正的傅里叶变换红外光谱仪的标称波数范围内，计算每一 波数下对应的吸光度值，得到波数及其对应吸光度值的数据集，然后，从中寻找出最大吸光 度值及其对应的波数，
[0019] A= 〇cL (III)
[0020] 式（III)中，〇、c和L的定义与步骤⑴相同；
[0021] (3)使得碳化硅红外光源经准直后的红外光束透过注有混合气体的气体池进入待 校正的傅里叶变换红外光谱仪，得到CO吸收特征的透过率光谱，并在该透过率光谱中找到 透过率谱的最小值对应的波数；
[0022] (4)用步骤（3)所找到的透过率谱的最小值对应的波数减去步骤⑵所寻找出的 最大吸光度值对应的波数，得二者的差值然后进行下述操作即可：
[0023] 当Av> 〇时，将待校正的傅里叶变换红外光谱仪的采样间隔减小 A V I * ( V max" V min)M；
[0024] 当Av< 〇时，将待校正的傅里叶变换红外光谱仪的采样间隔增大 A V I * ( V max" V min)M；
[0025] 上述公式|Av| ? (vmax-vmin)/m中，vmin分别为待校正的傅里叶变换红外 光谱仪标称波数范围的最大值和最小值，m为待校正的傅里叶变换红外光谱仪标称的采样 点数。
[0026] 上述方案中，所述的平衡气是高纯氮气（N2)或二氧化碳气体（C02)。
[0027] 上述方案中HITRAN数据库的地址为：http://www.cfa.harvard.edu/hitran/〇
[0028] 本发明利用注入体积浓度为c的CO与平衡气的气体池对红外吸收很明显但又不 饱和的特性，先计算出C0最大吸光度理论值所对应的波数，再用待校正的傅里叶变换红外 光谱仪实测得到C0吸收特征的透过率光谱，并在该透过率光谱中找到透过率谱的最小值 对应的波数，然后，用所述C0最大吸光度理论值所对应的波数与实测图谱中最低透过率所 对应的波数差值的绝对值来修正待校正的傅里叶变换红外光谱仪的采样间隔，从而使所校 正的傅里叶变换红外光谱仪完全满足波数偏移小于10 %的实际要求，不仅简单方便，而且 取材容易、经济实用。
【附图说明】
[0029] 图1为实施本发明所述方法的硬件系统原理图。
[0030] 图2为CO吸光度值与波数的理论数据集所对应的谱图。
[0031] 图3为一种待校正的傅里叶变换红外光谱仪的实测透过率谱。
[0032] 图4为另一种待校正的傅里叶变换红外光谱仪的实测透过率谱。
[0033] 图5为一种待校正的傅里叶变换红外光谱仪校正前后波数漂移量的比较图。
[0034] 图6为另一种待校正的傅里叶变换红外光谱仪校正前后波数漂移量的比较图。
【具体实施方式】
[0035] 下述实施例中所用公式中各参数的物理意义均与
【发明内容】
中对应公式相同。
[0036] 例1 (平衡气为高纯氮气）
[0037] 1、硬件系统的组成
[0038] 参见图1，实现本发明所述傅里叶变换红外光谱仪波数漂移的校正方法的硬件系 统由碳化硅红外光源及其准直系统1、密封的气体池2和待校正的傅里叶变换红外光谱仪3 组成。使用时，准直后的红外光束，经气体池2内气体吸收后，进入待校正的傅里叶变换红 外光谱仪3。
[0039] 上述硬件系统中，气体池2具有一个入射通光口和一个出射通光口，两通光口之 间的有效吸收光程L= 10cm;所述气体池中混合气体由CO和N2，其中CO的体积浓度为 〇? 1%，其余为N2。
[0040] 上述硬件系统中，待校正的傅里叶变换红外光谱仪3的型号为AGYQ-FTIR，该型号 光谱仪的标称波数范围为600CHT1~5000CHT1，标称米样点数为65536(由仪器的分辨率按 公式洳=4算出，其中L' = 2nX632.8X1〇 7,2n为数据点数）；
[0041] 上述硬件系统中，如果待校正的傅里叶变换红外光谱仪3是主动式的傅里叶变换 红外光谱仪，所述的碳化硅红外光源及其准直系统1可以是仪器自带的碳化硅红外光源及 其准直系统，所述的气体池2也可以是仪器自带的气体样品池。
[0042] 2、波数漂移的标定方法
[0043] (1)根据上述硬件系统，先由公式a=S(T) ?fL(v) ?fG(v)计算出⑶的吸收 系数〇 ;计算吸收系数〇所需的S(T)、fJv)和fjv)的计算方法见
【发明内容】
中的公式 (III)~（V);
[0044] 再由公式t= H十算出透过率t，并使得其满足30%彡ei彡50% ;
[0045] (2)按公式A= 〇cL在波数为600CHT1~SOOOcnT1的范围内，计算每一波