[发明专利]基于温度梯度场补偿的红外吸收光谱同位素丰度检测方法

说明书

一种基于温度梯度场补偿的红外吸收光谱同位素丰度检测方法，属于红外激光吸收光谱领域，该方法首先根据测量光路分布及光程，对被测气体进行三维网格划分，使每个网格内仅有一束测量光源通过；并建立被测气体温度梯度场模型，获取被测气体温度梯度场理论数据库；然后使用高精度的温度传感器测量被测气体容器外表面温度，得到被测气体特征温度，并根据被测气体特征温度用拟合算法进行温度梯度场的拟合，获取被测气体的温度梯度场；最后通过微型计算机控制信号激励装置，激励激光器分别发出轻、重同位素检测光，并通过采集装置获取检测结果，结合被测气体温度梯度场，得到同位素丰度，本发明的方法克服了温度梯度对测量的影响，提到了测量的准确度。

技术领域

本发明属于红外激光吸收光谱领域，具体涉及一种基于温度梯度场补偿的红外吸收光谱同位素丰度检测方法。

背景技术

随着科技的发展，同位素分析已经在科学和环保、生态环境、生态农业、食品、医疗检测、矿产勘察、核工业、地球化学等领域得到了广泛的研究与应用，并日益受到重视。特别在地球化学领域，早在20世纪80年代，研究者就注意到利用环境同位素技术探讨有关地震预测科学方面的问题，而同位素丰度的准确测量是这些研究和应用的基础。

目前，同位素丰度的检测主要基于质谱技术和红外吸收光谱技术(TDLAS)。质谱技术发展历史最长，精度与灵敏度都比较高，是目前进行同位素检测的主要方式。但是质谱技术存在一些缺陷，结构复杂、体积较大、样品需要预处理、操作过程复杂、造价高，这些都大大地限制了质谱技术的应用。相较而言，红外吸收光谱技术结构简单、体积小、成本低廉，能够适应复杂的应用环境等优势，受到国内外学者的青睐。

近年来，红外吸收光谱技术取得了长足的发展，检测性能不断提升。美国的JosephF.Becker利用可调谐半导体激光器，基于双光源扫描，得到较近的CO₂同位素吸收谱线，并使用该技术检测CO₂同位素丰度，准确度达到0.4％。Dvaid E.Cooper等基于TDLAS技术，利用1.6μm波段的激光器，检测了人体呼吸气体中的CO₂气体中¹³C的同位素，准确度达到0.4％。英国的Kasyutich等基于连续热电冷却分布反馈量子级联激光器，利用吸收光谱技术对CO₂同位素进行探测，准确度在0.05-0.2‰之间。阳春华等人发明了一种波长调制光谱检测玻璃瓶内氧气浓度的温度补偿方法，提高系统准确度。以上方法虽然提高了检测的准确度，但其未考虑被测气体温度场对测量的影响，导致检测结果与真实值相比仍然存在误差。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中检测同位素丰度时未考虑被测气体温度场对测量的影响，导致检测结果与真实值相比仍然存在误差的问题，提供一种基于温度梯度场补偿的红外吸收光谱同位素丰度检测方法，利用温度梯度场模型获取被测气体实际温度，克服因温度梯度影响带来的误差，提高检测准确度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：基于温度梯度场补偿的红外吸收光谱同位素丰度检测方法，其特征在于，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：

步骤1：根据测量光路分布及光程，对被测气体进行三维网格划分，使每个网格内仅有一束测量光源通过，得到被测气体的温度场网格数据；

步骤2：建立被测气体温度梯度场模型，利用步骤1中所述的被测气体的温度场网格数据，获取被测气体温度梯度场理论数据库，并存储至微型计算机；

其中，被测气体温度梯度场模型的输入量为恒定加热功率p、被测气体的温度场网格数据及加热时间t，输出量为被测气体温度梯度场理论数据T；

步骤3：测量容纳被测气体的容器外表面温度，并将所测量的温度数据存储到微型计算机中，得到被测气体特征温度，其中特征温度为测量同位素丰度时，容纳被测气体的容器外表面温度；