基于傅里叶变换红外光谱分析的火灾气态产物定量监测技术研究

摘要

火灾是各种灾害中发生最频繁且极具毁灭性的灾害之一，它遍及城市和乡村，造成人员伤亡、财产损失、环境污染甚至生态失衡。在所有火灾中都会产生大量有毒有害气体，火灾气态产物具有非常大的毒性，是威胁人员生命安全的主要因素。对火灾现场的有毒有害气体浓度进行准确、快速的分析，对应急救援决策和有效地实施救援具有重要的作用。同时，在进行火灾科学相关的研究工作时，也需要有可以在线获得多种气体成分的动态浓度数据的定量监测系统以对研究提供重要的数据参考。因此，研究一种能同时监测多种毒性气体浓度的在线动态测量系统，不论对于现实的保护火场中人员生命安全还是进行火灾科学研究都具有非常重要的意义。而现有的监测方法并不能满足火灾毒性气体探测所要求的实时性、在线性、多组分、高精度。针对以上要求，本文对基于傅里叶变换红外光谱(FT-IR)方法的多组分在线定量监测系统的理论和方法进行了探索和研究，发展出定量分析模型，实现了多组分气态产物的在线定量监测。 本文以CO、CO2、NO、SO2、NO2五种气体作为待检测气体。采用基于FT-IR的定量分析方法，使用FT-IR光谱仪，辅以多次反射气体池，采集得到待测气体的红外光谱．同时，应用化学计量学方法建立光谱数据与浓度数据之间的定量关系模型，通过应用所建立的模型对待测样本的红外光谱中各种气体组分(CO、CO2、NO、SO2、NO2)光谱信息进行运算，得到待测样品中五种待检测气体的浓度。 研究过程中以基于FT-IR方法建立定量模型的一般步骤为主线，设计和完善了一套行之有效的操作方法，并以实验设备和实验方法为基础，分析了光谱定量分析模型的化学计量学原理，根据火灾气体探测的特点选择了以偏最小二乘(PLS)方法作为定量模型，建立了CO、CO2、NO、SO2、NO2五种气体的红外光谱校正集以及定量模型，并根据误差分析理论形成了一套检验建立定量模型过程中各环节质量的统计学方法，最后运用所建立的测量系统对所关心气体进行定量监测。实验表明，本测量系统可以实现对所关心气体的在线定量监测，具有较好的测量精度，测量精度在满量程的2％(±2％F．S．)以内。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1火场中的有毒有害气体成份

1.2常见火灾毒性气体检测方法

1.2.1电化学法

1.2.2电气方法

1.2.3一般光学法

1.3傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)

1.4小结

第二章 FT-IR光谱仪的原理和组成

2.1傅里叶变换红外光谱的物理原理

2.2傅里叶变换红外光谱仪的结构

2.3多次反射气体池

2.4小结

第三章 基于FT-IR的光谱定量分析

3.1基于FT—IR定量分析的方法和理论

3.1.1选择校正集

3.1.2校正模型

3.1.3验证模型和修正模型

3.2实验系统

3.3建立基于FT-IR方法的定量模型

3.3.1建立校正样本集

3.3.2建立校正模型

3.3.3校正模型修正

3.4应用模型测量结果

3.5小结

第四章 总结和展望

参考文献

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

致 谢