Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el profesor Zhang Zhirong del Instituto de Óptica y Mecánica de Precisión de Anhui, Institutos de Ciencias Físicas de Hefei de la Academia de Ciencias de China, ha logrado avances significativos en el estudio de la tecnología de reconstrucción de referencia para gases de absorción de amplio-espectro. Los hallazgos, titulados "Reconstrucción de referencia para características de absorción de amplio espectro-de mezclas de alcanos basadas en espectroscopia de absorción láser", se publicaron en la revista académica internacional Analytical Chemistry.
La espectroscopia de absorción directa es el método de análisis cuantitativo de gases más utilizado dentro de la espectroscopia de absorción láser. Sin embargo, la precisión de su medición depende en gran medida de la adquisición precisa de la línea base de intensidad de la luz incidente-la intensidad de la señal luminosa en ausencia de absorción de gas. Para gases con características de absorción de banda ancha-, como los alcanos (p. ej., propano, butano), las líneas de absorción están densamente empaquetadas y son continuas, y a menudo carecen de regiones libres de absorción- distintas. Esta característica hace que los métodos de corrección de referencia tradicionales-como el método de predicción del entorno libre de absorción- o el ajuste polinomial-no sean efectivos o completamente poco confiables en escenarios de monitoreo dinámico industrial del mundo real-, lo que crea un cuello de botella crítico para las aplicaciones de alta-precisión de esta tecnología.
Para abordar la urgente demanda de seguridad industrial de un monitoreo de alta-precisión y{1}}tiempo real de gases marcadores de alcanos-particularmente en aplicaciones como la detección de fugas en tanques de petróleo y gas-, el equipo de investigación propuso de manera innovadora una estrategia de reconstrucción de línea base de longitud de onda dual-basada en principios físicos. El concepto central aprovecha las correlaciones físicas dentro de la ruta óptica en lugar de depender de suposiciones algorítmicas complejas o un entrenamiento exhaustivo de datos. El equipo descubrió que dentro de múltiples-celdas de absorción de reflexión, las fluctuaciones en la intensidad de la luz causadas por factores como los cambios de temperatura y la fluctuación de los componentes ópticos exhiben fuertes correlaciones en diferentes longitudes de onda.
Aprovechando este mecanismo físico, el equipo estableció con éxito un modelo lineal robusto que vincula una longitud de onda objetivo (1686 nm, principalmente para monitorear propano y butano) con una longitud de onda de referencia (1653 nm, principalmente para monitorear metano). Al monitorear continuamente las variaciones de la línea de base medibles con precisión en el canal de longitud de onda de referencia, este modelo reconstruye de manera sincrónica y precisa la línea de base desconocida en la amplia banda de absorción de la longitud de onda objetivo. Este enfoque resuelve el desafío de la falta de "puntos de anclaje" para la calibración de referencia en gases de amplio-espectro.
La validación experimental demuestra que en condiciones dinámicas de ciclos de temperatura que oscilan entre -10 grados y 30 grados, el error cuadrático relativo-medio-de este método de reconstrucción de referencia se mantiene por debajo del 1,63 %. Cuando se aplicó a los cálculos de absorbancia para propano, butano y sus mezclas, la línea de base reconstruida introdujo un error relativo máximo de sólo el 1,7%. Este trabajo transforma un desafío de medición central en la espectroscopia de absorción directa en una solución basada en correlaciones físicas mensurables, ofreciendo un nuevo enfoque para el monitoreo en línea de alta-precisión y en tiempo real-de gases absorbentes de amplio espectro en entornos industriales complejos, como la producción de seguridad petroquímica.
