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拉曼光谱气体检测装置设计及应用
1
作者 黄保坤 杨大鹏 +5 位作者 赵楚秋 马昕月 沈天阳 孙睿 李雨萌 王子衿 《光散射学报》 北大核心 2024年第3期249-259,共11页
以气体状态存在的小分子,它们的拉曼光谱特征性强,谱线本征展宽小,即使在多种气体混合条件下,由于它们的特征拉曼光谱互相重叠较少,也可实现对多成分的同时检测分析。然而,气体的分子密度低,拉曼散射信号弱,限制了拉曼技术在气体检测方... 以气体状态存在的小分子,它们的拉曼光谱特征性强,谱线本征展宽小,即使在多种气体混合条件下,由于它们的特征拉曼光谱互相重叠较少,也可实现对多成分的同时检测分析。然而,气体的分子密度低,拉曼散射信号弱,限制了拉曼技术在气体检测方面的应用。本文通过多重反射光学设计,提高拉曼光谱的激发效率,通过积分球设计增大拉曼散射信号的收集效率,构建高灵敏、多组分气体同时检出装置,可以实现无接触、无损、现场、原位分析,兼备定性和定量分析功能,对气体浓度的检测浓度范围宽,还适用于同分异构体分析以及同位素取代气体分子的分析,大大拓展了拉曼光谱技术在气体检测中的应用。 展开更多
关键词 拉曼光谱 气体 拉曼积分球 原位监控
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拉曼积分球设计及其在气体检测中的应用 被引量：4
2
作者 黄保坤 朱琳 +1 位作者 韩晶峰 欧阳顺利 《光散射学报》 2020年第2期154-158,共5页
拉曼积分球由光散射共焦激发收集系统和四直角反射镜增光程系统组成。光散射共焦激发收集系统由N套共焦点的拉曼散射信号收集光具组组成,可以将散射向共焦点的光具组的拉曼信号收集后集中传输向一个方向,提高拉曼散射信号收集立体角度N... 拉曼积分球由光散射共焦激发收集系统和四直角反射镜增光程系统组成。光散射共焦激发收集系统由N套共焦点的拉曼散射信号收集光具组组成,可以将散射向共焦点的光具组的拉曼信号收集后集中传输向一个方向,提高拉曼散射信号收集立体角度N倍;四直角反射镜增光程系统由4个直角反射镜组成,将激发光形成互相平行的空间立体光路,并且经收集光具组聚焦于光散射共焦激发收集系统的焦点,从而提高激发光功率的使用效率。应用于气体检测可以实现对气体分子的多成分、低浓度、原位、快速、无损、无接触的定性、定量分析。 展开更多
关键词 拉曼积分球 气体分子 定量分析
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拉曼积分球原位检测燃油发动机尾气成分
3
作者 黄保坤 赵倩男 +4 位作者 刘叶繁 朱琳 张鸿 张韫宏 刘艳 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3310-3313,共4页
燃油发动机的尾气成分检测对于发动机的状态判断、环境污染监测等具有重要参考价值。选择以95号汽油为燃料的除草机的发动机作为实验样机,将发动机排出的尾气直接吹向拉曼积分球光谱仪信号采集焦点,利用拉曼积分球光谱仪较高的气体检测... 燃油发动机的尾气成分检测对于发动机的状态判断、环境污染监测等具有重要参考价值。选择以95号汽油为燃料的除草机的发动机作为实验样机,将发动机排出的尾气直接吹向拉曼积分球光谱仪信号采集焦点,利用拉曼积分球光谱仪较高的气体检测限和定性、定量检测所有分子类气体的特点,对尾气中的气体分子成分进行检测。探测到尾气的气体成分主要包括N_(2)、O_(2)、CO_(2)、CO、未燃烧的汽油等。以氮气振动(2331 cm^(-1))的拉曼特征峰强度作为标准,对O_(2)(1553 cm^(-1))、CO_(2)(1285和1388 cm^(-1))、CO(2144 cm^(-1))、未燃烧的汽油(2894 cm^(-1))的拉曼光谱强度进行归一化处理,获得其相对拉曼特征峰强度。对比发现,空气和汽油挥发混合气的光谱中均未出现CO的特征峰,汽油挥发混合气中的O_(2)、CO_(2)含量与空气相比也没有明显变化,而CO_(2)费米共振峰1388和1285 cm^(-1)拉曼特征峰的相对强度比发生变化。除草机工作状态分为怠速、一档和二档,处于工作状态时,尾气成分中的O_(2)含量均比空气中含量低,可以定量分析发动机工作过程中消耗的O_(2)量。而燃油发动机从怠速加速到一档和二档的过程中,尾气中O_(2)含量相对增加。这是由于发动机档位的提升伴随着空气的进气量增大,则参与发动机燃烧的氧气比例相对减少。与此同时,尾气中CO_(2)含量相比于空气中的含量急剧增加,说明燃油发动机工作过程会产生大量的CO_(2),且随着档位的提升,发动机的动力增加,尾气中CO_(2)比例也逐渐增高。CO_(2)作为导致温室效应的主要原因,化石燃料的使用也是其主要来源之一。数据显示尾气中CO的含量与尾气中汽油的含量成正相关,说明燃烧不充分的时候,汽油剩余较多,CO作为不充分燃烧的产物,其含量也会增加。随着发动机档位的增加,N_(2)特征峰的绝对强度降低,这是因为发动机尾气温度升 展开更多
关键词 发动机尾气 拉曼积分球 光谱仪 原位检测
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拉曼积分球对水中微量硫酸根和碳酸氢根离子定量分析可行性研究 被引量：3
4
作者 赵宇菲 王二强 《化学研究》 CAS 2021年第3期205-210,共6页
拉曼光谱因非接触、无损、指纹光谱特性,广泛应用于科学研究领域,主要集中于定性研究,拉曼光谱定量分析较为缺乏,尤其在液体中的定量分析研究明显不足。因此,有必要进一步开展水中拉曼光谱定量分析研究。探讨了将拉曼积分球应用于液体... 拉曼光谱因非接触、无损、指纹光谱特性,广泛应用于科学研究领域,主要集中于定性研究,拉曼光谱定量分析较为缺乏,尤其在液体中的定量分析研究明显不足。因此,有必要进一步开展水中拉曼光谱定量分析研究。探讨了将拉曼积分球应用于液体拉曼光谱定量分析技术,对水中SO_(4)^(2-)和HCO_(3)^(-)进行了定量分析可行性研究。定量分析基于内标法,选取水在~1640 cm^(-1)附近的H-O-H的弯曲振动作为参照。实验结果表明,使用拉曼积分球的液相拉曼光谱定量分析技术有效地降低了SO_(4)^(2-)(<0.1 mmol·L^(-1))和HCO_(3)^(-)(<10 mmol·L^(-1))的检测限且具有良好的精度,可以用于定量分析水中的硫酸根与碳酸氢根浓度。 展开更多
关键词 拉曼光谱 硫酸根 碳酸氢根 拉曼积分球 定量分析
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拉曼积分球光谱仪对盐水溶液中B(OH)_(3)的定量分析
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作者 彭姣玉 多杰卓么 +2 位作者 黄保坤 杨克利 董亚萍 《盐湖研究》 CAS CSCD 2024年第2期30-37,共8页
不同溶液体系中硼的赋存形态及其化学分布规律一直以来是研究者关注的重点,它对深入开展硼酸盐溶液结构化学、过饱和非平衡态以及硼酸盐矿物沉积机制等研究具有重要的指导意义。针对目前拉曼光谱仪对溶液中硼氧配阴离子官能团响应信号... 不同溶液体系中硼的赋存形态及其化学分布规律一直以来是研究者关注的重点,它对深入开展硼酸盐溶液结构化学、过饱和非平衡态以及硼酸盐矿物沉积机制等研究具有重要的指导意义。针对目前拉曼光谱仪对溶液中硼氧配阴离子官能团响应信号弱、灵敏度低,不利于定量化视角阐述硼氧配阴离子间的作用机理等问题,研究了拉曼积分球光谱仪对硼酸溶液的定量分析方法,运用DOE部分因子实验设计,阐述了NaCl、MgCl_(2)、KCl和MgSO_(4)等共存盐类之间的交互作用对B(OH)_(3)拉曼定量分析的影响规律,建立了盐水溶液中B(OH)_(3)的Raman回归模型。结果表明,拉曼积分球光谱仪可显著增大硼酸溶液的拉曼光谱强度,提高信噪比,检出限为常规拉曼光谱的70倍,在0~6 g·L^(-1)硼酸线性范围内相关系数为0.9991,测定相对误差为-2.5%;盐水溶液中B(OH)_(3)含量经回归方程校正后相对误差绝对值小于3%,可用于低浓度硼酸的准确定量分析,也为定量化探究盐卤复杂体系中多硼物种化学形态分布规律提供一定借鉴。 展开更多
关键词 拉曼积分球 定量 硼酸 盐水溶液
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