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石油或是天然氣的勘探開(kāi)采過(guò)程中，我們經(jīng)常氣測錄井工作是非常重要的檢測手段?？梢酝ㄟ^(guò)實(shí)時(shí)分析鉆井中的氣體成分和相關(guān)含量來(lái)分析油氣層的位置和儲量。氣相色譜法（GC）經(jīng)常用來(lái)監測分析多成分的氣體，但是其在某些應用場(chǎng)景也受到限制，例如快速的現場(chǎng)檢測，氣相色譜儀需要多種附屬設備，氣路結構也比較復雜，操作過(guò)程繁瑣等問(wèn)題。其次是氣相色譜法不能同時(shí)測量烷烴類(lèi)和非烷烴類(lèi)氣體。因此近些年來(lái)拉曼光譜技術(shù)還是被引入到這一應用當中，相較于氣相色譜法，拉曼光譜分析的有點(diǎn)有很多：

氣體錄井檢測中使用的拉曼光譜儀一般采用光通量較大的透射式光譜儀，主要實(shí)驗過(guò)程如下所示：

 

圖1：在線(xiàn)氣體拉曼光譜儀簡(jiǎn)圖

圖2：透射式光柵光譜儀結構簡(jiǎn)圖

上圖中532nm 激光經(jīng)過(guò)望遠鏡系統，由分束片反射后聚焦進(jìn)入采樣腔，拉曼信號經(jīng)由收集光路進(jìn)入光譜儀。進(jìn)氣和出氣管道都接有溫度傳感器和氣流閥門(mén)，可以實(shí)時(shí)監控檢測腔內氣體溫度和控制待測氣體的流速。一般這類(lèi)應用光譜儀的選取主要是選用透射式光柵光譜儀，其內部結構如下：

該類(lèi)光譜儀的特點(diǎn)是：1，相較于反射式光柵其通光量明顯由于前者，2，一次檢測范圍也比較寬。例如用1800L/mm 的透射式光柵，譜儀后面接上感光面約有30mm 寬的相機，一次拍攝的范圍可以到4200cm-1 以上，且分辨率可以在10cm-1 以?xún)?。每種氣體都有自己的拉曼峰，這樣的指紋特性，可以幫助我們分析從低波數（幾百波數）到四千多波數大跨度范圍同時(shí)監控。

在錄井分析時(shí)，混合氣體的拉曼光譜會(huì )比較復雜，常會(huì )有許多重疊峰出現。因此科學(xué)家開(kāi)發(fā)出新的計量分析方法，可以解卷積疊加的光譜并且可以忽略背景和基質(zhì)效應。其中有一種方法叫data driven Raman spectroscopy（DDRS）。此方法是偏*小二乘法分析（PLS）的一種應用。在拉曼光譜分析中，它不是基于匹配單個(gè)峰來(lái)分析光譜，而是可以在復雜多組分的混合氣體中，幫助分離出針

對相關(guān)組分*有用，*相關(guān)的拉曼光譜來(lái)分析。因此這種方法不僅能夠定性判斷氣體組成，也可以進(jìn)一步做定量分析，使得錄井勘探更加有效率。

圖3：不同濃度下的多種烴類(lèi)氣體混合物的拉曼光譜（摘自[1]）

卓立漢光近年來(lái)也開(kāi)發(fā)出一款基于透射式光柵的光譜儀，VPH 系列光譜儀。

圖4：VPH 光譜儀

主要技術(shù)特點(diǎn)：

1，超高的光通量

極小的F 數：F/2.3

強大的光纖耦合能力：能夠100%收集NA0.22 光纖導入的光信號

2，超高的光收集效率

高透射VPH 光柵保證了高衍射效率，增透鍍膜透鏡確保了*大的通光效率，從而實(shí)現了可見(jiàn)或近紅外*大的通光量

3，極低的雜散光

VPH 光柵--平滑的衍射效率曲線(xiàn)所造就的極低的雜散光

4，幾乎完mei的光譜成像質(zhì)量

5，緊湊堅固的設計

所有部件作為一個(gè)整體模塊進(jìn)行預調校，光路穩定，不會(huì )受到運輸過(guò)程中的碰撞影響

6，高光譜分辨率

型號Omni-iSpecT532A1，5cm-1@585nm，50um 狹縫

型號Omni-iSpecT785A1，3cm-1@912nm，50um 狹縫

Reference：

1. Xi Han a, Zhi-xuan Huang, Xiao-dong Chen, Qi-feng Li,Ke-xin Xu, Da Chen, Fuel, 207, 143 (2017).

2. KONG Andong，YANG Dewang，GUO Jinjia，WU Lulu，YAN Aoshuang，ZHOU Faju，WAN Yaqi，Optics

and Precision Engineering，30(10)，1151（2022））