短波近红外光谱在液体安检中的应用研究

摘要

随着当前国际环境的不断变化，安全问题变得日益突出。目前广泛应用的安检设备一般都是基于X射线成像原理获得旅客携带包裹的信息，对于一些具有易燃易爆的液态危险品(如酒精、汽油、煤油、甲醇等)的检查大多使用可视和气味检测的方法，采用新的手段和方法实现对液体类危险品的检测是当今本领域最为热门的研究课题。近红外光谱分析技术具有灵敏度高、响应速度快等特点，适用于现场快速检测和实时在线分析。本文针对实际情况，研究了用短波近红外光谱法现场快速检测液体的方法。 本文采用透射分析技术，在美国Ocean Optics公司的USB2000光谱仪上进行了背景容器的影响研究。测量波段从350nm-1000nm，试图在此波段找出合适的波长。首先测量了各种容器的原始透射谱图，和以空气为背景时容器的吸光度，对测量结果进行比较，确定了合适的研究波段(739nm-1000nm)；并且针对水分别测量了以容器为背景和以空气为背景时的吸光度，确定容器在所选波段范围内对液体吸光度测量没有影响。 在德国布鲁克公司的红外光谱仪上测量了无水乙醇、无水甲醇、氨水、松节油、汽油、柴油、煤油等液态危险物和部分白酒、饮料在短波近红外范围内(667-1000nm)的吸收光谱，利用Savitzky-Golay卷积平滑方法对原始吸收光谱进行平滑去掉高频噪音对信号的干扰，基线校正扣除仪器背景或漂移对信号的影响，对数据进行归一化等预处理，本文主要是对数据进行定性分析，因此采用现代通用的统计学软件SPSS进行判别分析寻求特征点波长，并以选定的特征波长建立预测模型。基于该模型采用3个波长(981nm，935nm，881nm)就可以对易燃液体准确判别。以此，可以通过由这3个波长半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)为光源的廉价光谱装置对易燃液体开展现场安全检查，提高安检的准确性和工作效率，有效保障公共安全。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的目的及意义

1.2易燃液态危险品及其理化性质

1.3安检设备的发展现状

1.4近红外光谱技术的发展及应用

1.5本文主要内容

第二章近红外光谱分析技术的基本理论

2.1分子光谱理论基础

2.3朗伯-比尔定律

2.4近红外光谱分析技术的基本方法

2.5用于近红外光谱分析的化学计量学方法

2.5.1光谱预处理方法

2.5.2波长选择方法

2.5.3定性分析

2.5.4主要评价指标

2.6小结

第三章对液态危险品测量中不同容器的影响研究

3.1透明包装容器的性质

3.2光程长分析

3.3实验系统

3.4常见容器的光谱测量实验

3.4.1实验样品

3.4.2容器能量谱

3.4.3容器在短波近红外的吸光度研究

3.5水的吸光度检测

3.6小结

第四章短波近红外光谱测量液态危险品的实验研究

4.1液态危险品的吸收特性分析

4.2实验设备

4.3应用透射技术检测液体样品

4.4光谱数据预处理

4.5建立模型

4.5.1判别分析

4.5.2寻找特征波长点

4.5.3建立判别模型

4.6模型评价

4.6.1模型评价方法概述

4.6.2交互验证评价模型

4.7小结

第五章总结与展望

5.1全文总结

5.2展望

参考文献

附录不同背景水的吸光度之间的相关系数

发表论文和科研情况说明

致 谢