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(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的紅外光譜進(jìn)行比對(duì)，就可以迅速判定未知物的成分含量?！比涨?，中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)安光所）環(huán)境光學(xué)中心紅外光譜技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人徐亮研究員告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。

車(chē)載通量快速遙測(cè)系統(tǒng) 安光所供圖

十年來(lái)，在中國(guó)工程院院士劉文清的指導(dǎo)下，他們專(zhuān)注于紅外光譜分析技術(shù)和紅外光譜儀器開(kāi)發(fā)研究，所研制的系列紅外光譜分析系統(tǒng)在國(guó)家重大活動(dòng)、灰霾治理、新農(nóng)村建設(shè)等領(lǐng)域大顯身手。

開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)紅外光譜儀器

早在2005年，紅外光譜技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)就開(kāi)始進(jìn)行紅外光譜算法研究，開(kāi)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(biāo)準(zhǔn)吸收數(shù)據(jù)庫(kù)。

紅外光譜技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)研制的分析算法，為國(guó)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(cè)領(lǐng)域進(jìn)行推廣應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。在與國(guó)外公司的合作過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)也發(fā)現(xiàn)進(jìn)口紅外光譜分析儀器不僅價(jià)格高昂，還要受制于人。

2007年，紅外光譜技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）“大氣多組分污染物及其時(shí)空分布連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)與設(shè)備”項(xiàng)目的支持下，通過(guò)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(kāi)發(fā)了抽取式FTIR（傅立葉變換紅外光譜）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、開(kāi)放光路式FTIR監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和大氣污染多組分排放通量SOF-FTIR快速遙測(cè)系統(tǒng)。

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人高閩光研究員告訴記者：“我們開(kāi)發(fā)的掃擺式傅立葉紅外干涉儀系統(tǒng)打破了國(guó)際技術(shù)壟斷，提升了我國(guó)分析儀器行業(yè)的自主開(kāi)發(fā)水平?！?

隨后，2010年，紅外光譜技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)在中科院知識(shí)**工程重要方向性項(xiàng)目（上海高等研究院承擔(dān)）協(xié)作課題的支持下，開(kāi)發(fā)了危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏現(xiàn)場(chǎng)掃描成像紅外遙測(cè)系統(tǒng)。2011年，他們又在“十二五”科技支撐項(xiàng)目“村鎮(zhèn)環(huán)境監(jiān)測(cè)與景觀建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究”的支持下，研制開(kāi)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(tuán)隊(duì)作為**技術(shù)支撐單位，獲得國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專(zhuān)項(xiàng)“高性能傅立葉變換紅外光譜分析儀器開(kāi)發(fā)和應(yīng)用”項(xiàng)目資助。日前，該專(zhuān)項(xiàng)已經(jīng)順利通過(guò)科技部組織的中期評(píng)估檢查，并獲得現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估專(zhuān)家的高度評(píng)價(jià)。

該專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)負(fù)責(zé)人徐亮介紹：“該紅外光譜分析儀器的分辨率可以達(dá)到0.125cm-1，信噪比和100%?子線等主要性能指標(biāo)均優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)儀器，該項(xiàng)目的研制標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)光譜儀器性能達(dá)到******?！?

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者從安光所獲悉，在該光譜儀研制的基礎(chǔ)上，科研團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了四種典型應(yīng)用：在氣象探測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(cè)；在污染源排放監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了超低排放的10余種高溫?zé)煔膺B續(xù)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)；在中藥生產(chǎn)過(guò)程分析應(yīng)用中，實(shí)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(píng)價(jià)；在藥品快速檢驗(yàn)應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了典型藥片、膠囊等藥品的真?zhèn)巫R(shí)別。

服務(wù)國(guó)家重大活動(dòng)

據(jù)徐亮介紹，2008年，為保障北京奧運(yùn)期間大氣環(huán)境質(zhì)量，紅外光譜技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的抽取式FTIR監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和開(kāi)放光路式FTIR監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分別在首都機(jī)場(chǎng)和燕山石化系統(tǒng)監(jiān)測(cè)了北京及周邊地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量，并為“奧運(yùn)空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)”的發(fā)布提供了翔實(shí)的數(shù)據(jù)，這些科學(xué)、翔實(shí)的數(shù)據(jù)為我國(guó)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(guó)政府兌現(xiàn)關(guān)于奧運(yùn)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(cè)系統(tǒng)、開(kāi)放光路FTIR監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和大氣污染多組分排放通量SOF-FTIR車(chē)載遙測(cè)系統(tǒng)，先后在上海世博會(huì)、廣州亞運(yùn)會(huì)、南京青奧會(huì)以及2015年抗戰(zhàn)紀(jì)念日閱兵等重大國(guó)際活動(dòng)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(tuán)隊(duì)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(guó)家科技計(jì)劃課題“村鎮(zhèn)環(huán)境監(jiān)測(cè)與景觀建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究”，并分別在湖南長(zhǎng)沙和江蘇常熟開(kāi)展了示范應(yīng)用。

高閩光指出，該分析儀可對(duì)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(guò)程中可能排放的甲醛、二氧化硫等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為農(nóng)村向城鎮(zhèn)化轉(zhuǎn)型、過(guò)程評(píng)估提供監(jiān)測(cè)手段。

數(shù)據(jù)顯示，改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)城鎮(zhèn)化率由1978年的17.9%提高到了2011年的51.3%。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，我國(guó)城鎮(zhèn)規(guī)模不斷擴(kuò)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(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃指出，與發(fā)達(dá)國(guó)家注重推動(dòng)城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展、保護(hù)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(guó)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(shí)際需求的先進(jìn)適用技術(shù)供給明顯不足，嚴(yán)重制約我國(guó)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(tuán)隊(duì)正在積極開(kāi)展批量試制、面向?qū)嶋H應(yīng)用，為客戶提供*上等的國(guó)產(chǎn)光譜儀器。徐亮告訴記者：“我們團(tuán)隊(duì)*大愿景就是打破國(guó)際技術(shù)壟斷、提高國(guó)產(chǎn)分析儀器自主開(kāi)發(fā)水平，為國(guó)家科技?jí)舻膶?shí)現(xiàn)添磚加瓦。”