矿井极性气体的傅立叶红外光谱定性定量分析机理与方法研究

掌握煤矿井下环境气体组分及其爆炸危险性对于灾害预防与救援具有重要意义。项目针对现有色谱分析方法测试周期长、操作复杂、维护困难、不能在线监测等问题，研究矿井环境极性气体对应的红外光谱图的吸收峰位置、强度、形状等信息，测试吸收谱线的吸收峰强度、信噪比等参数变化特性；分析不同测试条件对气体红外吸收谱线的影响规律，考察不同气体吸收谱图中吸收峰重叠特征，提出重叠谱线分离方法；研究得出待测气体浓度和谱图吸收峰之间非线性规律，建立混合气体模型和适用的化学计量学方法，最终揭示傅立叶变换红外光谱应用于煤矿井下多尘高湿环境下的极性气体定性定量分析机理，形成一种全新的矿井环境气体分析方法，可快速、精确、实时地获取矿井混合气体的组分含量及爆炸危险性，确保救护队员的人身安全，防止继发性次生灾害的发生，为煤矿日常安全监测与井下应急救援研究领域提出了一种新的技术思路。

项目利用傅里叶变换红外光谱定性定量分析原理，对煤矿井下极性气体的定性定量分析机理和方法进行了研究，分析了煤矿井下极性气体对应的红外光谱谱图的吸收峰位置、强度和形状等信息，研究了适用于煤矿井下极性气体的最优红外光谱硬件组合，揭示了混合气体红外光谱吸收峰的重叠规律，掌握了水蒸气对煤矿井下极性气体的影响规律，并通过建立煤矿井下极性气体定量分析模型，对煤矿井下极性气体进行了定性定量分析测试。.项目首先对10种煤矿井下极性气体的红外光谱吸收特性机理进行了分析，确定了对10种煤矿井下极性气体进行定性定量分析的波数区间，并对这些气体的红外光谱吸收峰和特征吸收峰进行了提取研究，掌握了10种煤矿井下极性气体对应的红外光谱谱图的吸收峰位置、强度和形状等信息，建立了适用于煤矿井下气体环境的红外谱图库，对这些气体进行定性定量分析时的特征吸收峰波数区间进行了精确定位。.其次，就不同硬件测试条件对10种煤矿井下极性气体的红外吸收谱线的影响规律进行了研究，选取了适合10种煤矿井下极性气体定性定量分析的GLOBAR光源，配备KBr分束器的迈克尔逊干涉仪和DTGS检测器等最优硬件组合，并确定了恒温恒压环境和5m光程气体池更适合10种煤矿井下极性气体的定性定量分析。.再次，对10种煤矿井下极性气体中每种气体的浓度进行了梯度划分，确定了各个单组份气体的浓度区间；同时根据10种煤矿井下极性气体的红外吸收特性，对由这10种气体中的若干个组分组成的混合气体进行了优化配置，通过调整混合气体中的气体组分和气体浓度，采集了混合气体的红外光谱谱图，通过分析混合气体红外光谱吸收峰之间的相互影响关系，掌握了混合气体红外光谱吸收峰的重叠规律。.第四，水蒸气红外光谱吸收峰的2000cm-1~1300cm-1波数区间对10种煤矿井下极性气体的影响较为明显，项目对受水蒸气红外光谱吸收峰影响的各种气体红外光谱吸收峰的波数区间进行了分析，通过计算方法扣除水蒸气红外光谱吸收峰的背景后，所得到的10种煤矿井下极性气体的红外光谱吸收峰对于定性定量分析更加准确。.第五，对10种煤矿井下极性气体及其混合气体的红外光谱谱图进行了采集，并建立了10种煤矿井下极性气体定量分析模型，并对这10种气体进行了定量分析测试。综合分析测试结果发现，除CO2浓度偏差相对稍大外，其它气体组分在浓度小于20×10-6时的最大偏差均小于5×10-6，其中比较关键的气