DQZHAN技術(shù)訊：紅外光譜儀的前世今生
“將未知化合物的紅外光譜與標準庫的紅外光譜進行比對，就可以迅速判定未知物的成分含量。”日前，中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機械研究所（以下簡稱安光所）環(huán)境光學(xué)中心紅外光譜技術(shù)研究團隊的負責人徐亮研究員告訴《中國科學(xué)報》記者。
車載通量快速遙測系統(tǒng) 安光所供圖
十年來，在中國工程院院士劉文清的指導(dǎo)下，他們專注于紅外光譜分析技術(shù)和紅外光譜儀器開發(fā)研究，所研制的系列紅外光譜分析系統(tǒng)在國家重大活動、灰霾治理、新農(nóng)村建設(shè)等領(lǐng)域大顯身手。
開發(fā)國產(chǎn)紅外光譜儀器
早在2005年，紅外光譜技術(shù)研究團隊就開始進行紅外光譜算法研究，開發(fā)了基于非線性*小二乘擬合的紅外光譜定量分析方法，并建立起包含有393種組份的標準吸收數(shù)據(jù)庫。
紅外光譜技術(shù)研究團隊研制的分析算法，為國際知名光譜儀器廠商提供多組份氣體濃度定量分析軟件模塊，并在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域進行推廣應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。在與國外公司的合作過程中，團隊也發(fā)現(xiàn)進口紅外光譜分析儀器不僅價格高昂，還要受制于人。
2007年，紅外光譜技術(shù)研究團隊在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）“大氣多組分污染物及其時空分布連續(xù)自動監(jiān)測技術(shù)與設(shè)備”項目的支持下，通過自主研制掃擺式傅立葉變換紅外干涉儀系統(tǒng)，相繼集成開發(fā)了抽取式FTIR（傅立葉變換紅外光譜）監(jiān)測系統(tǒng)、開放光路式FTIR監(jiān)測系統(tǒng)和大氣污染多組分排放通量SOF-FTIR快速遙測系統(tǒng)。
該項目負責人高閩光研究員告訴記者：“我們開發(fā)的掃擺式傅立葉紅外干涉儀系統(tǒng)打破了國際技術(shù)壟斷，提升了我國分析儀器行業(yè)的自主開發(fā)水平?！?
隨后，2010年，紅外光譜技術(shù)研究團隊在中科院知識**工程重要方向性項目（上海高等研究院承擔）協(xié)作課題的支持下，開發(fā)了危險化學(xué)品泄漏現(xiàn)場掃描成像紅外遙測系統(tǒng)。2011年，他們又在“十二五”科技支撐項目“村鎮(zhèn)環(huán)境監(jiān)測與景觀建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究”的支持下，研制開發(fā)了便攜式傅立葉紅外多組分氣體分析儀。
2013年，紅外光譜技術(shù)研究團隊作為**技術(shù)支撐單位，獲得國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項“高性能傅立葉變換紅外光譜分析儀器開發(fā)和應(yīng)用”項目資助。日前，該專項已經(jīng)順利通過科技部組織的中期評估檢查，并獲得現(xiàn)場評估專家的高度評價。
該專項技術(shù)負責人徐亮介紹：“該紅外光譜分析儀器的分辨率可以達到0.125cm-1，信噪比和100%?子線等主要性能指標均優(yōu)于國外同類儀器，該項目的研制標志著國產(chǎn)光譜儀器性能達到******?！?
《中國科學(xué)報》記者從安光所獲悉，在該光譜儀研制的基礎(chǔ)上，科研團隊還開發(fā)了四種典型應(yīng)用：在氣象探測應(yīng)用領(lǐng)域中，實現(xiàn)了對大氣中二氧化碳、甲烷和一氧化二氮等關(guān)鍵溫室氣體的高靈敏在線監(jiān)測；在污染源排放監(jiān)測應(yīng)用中，實現(xiàn)了超低排放的10余種高溫煙氣連續(xù)自動在線監(jiān)測；在中藥生產(chǎn)過程分析應(yīng)用中，實現(xiàn)了銀杏總黃酮和銀杏總內(nèi)酯以及水分含量的快速評價；在藥品快速檢驗應(yīng)用中，實現(xiàn)了典型藥片、膠囊等藥品的真?zhèn)巫R別。
服務(wù)國家重大活動
據(jù)徐亮介紹，2008年，為保障北京奧運期間大氣環(huán)境質(zhì)量，紅外光譜技術(shù)研究團隊自主研發(fā)的抽取式FTIR監(jiān)測系統(tǒng)和開放光路式FTIR監(jiān)測系統(tǒng)，分別在首都機場和燕山石化系統(tǒng)監(jiān)測了北京及周邊地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量，并為“奧運空氣質(zhì)量日報”的發(fā)布提供了翔實的數(shù)據(jù)，這些科學(xué)、翔實的數(shù)據(jù)為我國政府制定控制措施改善大氣環(huán)境提供了有力的數(shù)據(jù)支撐，為我國政府兌現(xiàn)關(guān)于奧運空氣質(zhì)量的承諾提供了重要科技保障。
除此之外，他們研發(fā)的抽取式FTIR監(jiān)測系統(tǒng)、開放光路FTIR監(jiān)測系統(tǒng)和大氣污染多組分排放通量SOF-FTIR車載遙測系統(tǒng)，先后在上海世博會、廣州亞運會、南京青奧會以及2015年抗戰(zhàn)紀念日閱兵等重大國際活動期間得到應(yīng)用。
參與新農(nóng)村建設(shè)
今年，紅外光譜技術(shù)研究團隊研制的便攜式傅立葉紅外多組分氣體分析儀參與了“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計劃課題“村鎮(zhèn)環(huán)境監(jiān)測與景觀建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究”，并分別在湖南長沙和江蘇常熟開展了示范應(yīng)用。
高閩光指出，該分析儀可對農(nóng)村施放氮肥、畜牧養(yǎng)殖、不完全燃燒的炊煙方式、燃燒秸稈等形成的二氧化氮、氨氣、甲烷、一氧化碳、PM2.5顆粒物等以及村鎮(zhèn)城鎮(zhèn)化轉(zhuǎn)型過程中可能排放的甲醛、二氧化硫等進行實時監(jiān)測，為農(nóng)村向城鎮(zhèn)化轉(zhuǎn)型、過程評估提供監(jiān)測手段。
數(shù)據(jù)顯示，改革開放以來，我國城鎮(zhèn)化率由1978年的17.9%提高到了2011年的51.3%。經(jīng)過30多年的發(fā)展，我國城鎮(zhèn)規(guī)模不斷擴大，村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)設(shè)施水平有所提升，農(nóng)村生產(chǎn)和生活環(huán)境有了一定的改善。
村鎮(zhèn)建設(shè)科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃指出，與發(fā)達國家注重推動城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展、保護傳承村鎮(zhèn)傳統(tǒng)文化與資源的后城鎮(zhèn)化發(fā)展模式相比，我國村鎮(zhèn)建設(shè)科技支撐能力依然十分薄弱，特別是適應(yīng)不同地域村鎮(zhèn)建設(shè)和農(nóng)民實際需求的先進適用技術(shù)供給明顯不足，嚴重制約我國新農(nóng)村建設(shè)和城鎮(zhèn)化健康發(fā)展。
如今，紅外光譜技術(shù)研究團隊正在積極開展批量試制、面向?qū)嶋H應(yīng)用，為客戶提供*上等的國產(chǎn)光譜儀器。徐亮告訴記者：“我們團隊*大愿景就是打破國際技術(shù)壟斷、提高國產(chǎn)分析儀器自主開發(fā)水平，為國家科技夢的實現(xiàn)添磚加瓦。”
