公安部天津消防研究所：哈龙灭火剂的快速评价方法

【核心介绍】在哈龙灭火系统的工况评价和哈龙灭火剂的回收过程中，可以利用本文建立的谱图库及评价方法，快速地给出检定和评价结论，极为有利地帮助各地基层消防执法和检查人员进行现场的检查和监督。从一定程度上克服了现场快速手段不足的问题，为我国的消防产品质量监督检查提供技术支撑。本文从市场上采集的样品数量十分有限，随着后续哈龙灭火剂不同浓度样品量的不断增加，应建立不同浓度的哈龙灭火剂定量分析模型和定量分析判定指标，使得近红外光谱分析技术能够更好地应用于哈龙灭火剂的回收工作中。 　

1 样品和仪器

实验（阅读完整实验请点此）用到的1211和1301灭火剂是从浙江蓝天环保高科技股份有限公司购得，其中纯度指标分别为99.8%和99.9%。实验过程中使用Thermo Fisher公司的Antaris II傅里叶变换近红外光谱仪进行光谱的测量和分析，选取透射附件，波数范围为4000~10000cm^-1，光谱分辨率8cm^-1，扫描次数64次。样品测量软件选用Result 3.0，光谱的优化、处理及建模采用TQ Analyst 7.1光谱分析化学计量学分析软件，采用铜质的石英玻璃带压取样装置进行取样。

2 光谱采集

将装有1211和1301液态样品的耐压取样存储器分别放置在Antaris II的透射测量附件上，进行液体样品的近红外光谱采集。为了保证采集光谱的准确性和稳定性，每次连续采集3张光谱，取3张光谱的平均光谱值作为样品光谱图。图1为采集到的1211和1301灭火剂在带压状态下液体的近红外原始光谱图，从图中可以看出哈龙灭火剂液体在4000~5000cm^-1近红外区域有明显的吸收峰，且相互之间的近红外光谱图存在相当大的差异，因此，可以判定近红外光谱分析技术能够用于哈龙灭火剂的快速检定和评价。

图1  1211和1301的近红外原始光谱图

3 光谱分析

从1211和1301灭火剂的近红外原始谱图可以看出，在分子的第一组合频区域（4650cm^-1-4000cm^-1）中，1211灭火剂在4265.8 cm^-1、4339.1 cm^-1、4412.3 cm^-1和4520.3 cm^-1等多处有明显的吸收峰，1301灭火剂在4080.6 cm^-1、4196.3 cm^-1、4335.2 cm^-1、4431.6 cm^-1、4516.5 cm^-1和4609.0 cm^-1等多处有明显的吸收峰。由于哈龙灭火剂样品的纯度都非常高，几乎接近于纯物质，因此，其特征峰完全能够反应出样品的真实信息，因此，可以用于与其他不同种类的灭火剂的判别与鉴定，建立哈龙灭火剂的快速检定分析模型。

4 光谱评价

为了能够实现在哈龙灭火系统工况评价过程中，对灭火系统中药剂的成分进行快速检定，本文提出了适用于哈龙灭火剂快速检定的光谱评价方法，以达到现场快速检定和评价哈龙灭火剂的目的。

4.1特征峰比对

通过带压取样装置采集未知样品并测量其近红外光谱图，将未知样品的近红外光谱图与已有的哈龙灭火剂的近红外光谱图的特征峰进行直观比对，查看其在特征峰位置是否一致，如果有明显差别，在排除了仪器、测试方法等干扰因素后，确定为“无效”哈龙灭火剂；如果特征峰位置一致，则可继续进行光谱评价。

4.2欧氏距离模型

本模型以1301灭火剂为例，根据其原始光谱图的特征区域，选取波数段4061.3cm^-1~ 4636.1cm^-1对应的吸光度建立欧式距离模型，建模公式如下（1）式：

（1）

其中，i为[1,+∞)内的自然数，X _i为未知样品在波数段中第i个波数对应的吸光度值，S_i为标准1301灭火剂在波数段中第i个波数对应的吸光度值；当X_i=0时对应的欧式距离值为最大值D_max；当X_i=S_i时，对应的欧式距离值为最小值D_min，在波数段4061.3cm^-1~4636.1cm^-1范围内的D_max=0.108，而D_min=0。将D_max和D _min等比线性转化为0~100之间的匹配值，也就是0.108与0（匹配值）对应，0（D_min）与100（匹配值）对应；通过上述两组数据计算换算公式：y= -925.926x+100。如果计算出来的匹配值不小于检出限95时，则判定未知样品为1301灭火剂，否则判定为非1301灭火剂。

表1为4个未知样品的预测比较，通过建立的欧式距离判别模型可计算出未知样品与标准样品之间的欧氏距离值为D₁、D₂、D₃和D₄，并将D按照D_max和D_min通过换算公式y= -925.9.226x+100，换算成匹配值，见表1所示，只有待测样品X₁的匹配值大于95，因此判定X₁为1301灭火剂，其余样品均非1301灭火剂。

表1 1301灭火剂欧氏距离模型预测结果

4.3相似系数模型

本模型以1211灭火剂为例，根据其原始光谱图的特征区域，选取波数段4246.4cm^-1~4431.7cm^-1对应的吸光度建立相似系数模型，建模公式如下（2）：

（2）

其中，R∈[-1,1]，i∈[1,+∞) 内的自然数，x_i为选定波数段中第i个波数对应的吸光度值，s_i为1211标准光谱在第i个波数对应的吸光度值，为未知样品在选定波数段中的吸光度的平均值，为1211标准光谱在选定波数段中吸光度的平均值；当R值越接近1时，未知样品与1211越相似。如果计算出来的相似系数大于等于95时，则判定未知样品为1211灭火剂，否则判定为非1211灭火剂。

表2为4个未知样品的预测比较，通过建立的相似系数模型可计算出未知样品与标准样品之间的相似系数值R，只有未知样品X₁的相似系数大于95，因此判定X₁为1211灭火剂，其余样品均非1211灭火剂。

表2 1211灭火剂相似系数模型预测结果

在哈龙灭火系统的工况评价和哈龙灭火剂的回收过程中，可以利用本文建立的谱图库及评价方法，快速地给出检定和评价结论，极为有利地帮助各地基层消防执法和检查人员进行现场的检查和监督。从一定程度上克服了现场快速手段不足的问题，为我国的消防产品质量监督检查提供技术支撑。本文从市场上采集的样品数量十分有限，随着后续哈龙灭火剂不同浓度样品量的不断增加，应建立不同浓度的哈龙灭火剂定量分析模型和定量分析判定指标，使得近红外光谱分析技术能够更好地应用于哈龙灭火剂的回收工作中。

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