基于太赫兹时域光谱技术的航空燃油微生物污染检测方法

1.本发明属于微生物污染检测技术领域，特别是涉及基于太赫兹时域光谱技术的航空燃油微生物污染检测方法。


背景技术：

2.航空燃油的清洁与否直接关系着发动机的正常工作，当飞机燃油系统、加油车以及油库储存的燃油中一旦有污染物的存在，都会给飞行安全带来重大隐患。近年来发生的多起航空事故经调查均表明与飞机燃油系统的微生物污染有关。同时，随着业内对飞机燃油系统污染状态研究与监测的不断深入，发现飞机燃油系统中出现的多种问题，如过滤器、油箱腐蚀、燃油表探针失灵以及喷嘴及控制元件故障与燃油系统中积聚的污染物有密切关系，而这些污染物主要由微生物及其代谢产物组成。因此，通过准确、灵敏的检测技术及时发现航油中微生物污染的存在，监控其繁殖与危害情况对保障国内在役飞机的安全运行具有重要的意义。目前发展的航油微生物污染检测方法主要是国际航空运输协会(iata)推荐的几种仪器测试方法，包括microbe monitor2、easicult combi、fuelstat resinae及hy-lite jet法，这些方法总体上存在准确性与可靠性差、定性与定量检测能力不足的问题。
3.太赫兹波的频段在0.1thz-10thz之间，其具有能量低、频带宽、脉冲短、穿透性良好的特点。同时，大量有机分子的转动和振动频率在太赫兹频段范围内，所以可利用太赫兹波实现对物质的“指纹”鉴别和结构表征。因此，采用太赫兹时域光谱技术可以实现对物质的高精度、无标记、非接触和非破坏性检测。此外，特别在分析生物学方面具有较大的应用潜力。由于航空燃油中存在的几种主要微生物(如树木枝孢霉、枯草芽孢杆菌、硫酸还原菌等)在微观的水化动力学上存在较大差异，同时太赫兹波对于水分子以及生物分子之间的氢键网络极为敏感，这导致航油中不同微生物对太赫兹波存在光谱特征性与差异性响应。因此，可采用太赫兹时域光谱技术实现对航油中主要微生物的检测以及定性与定量分析。迄今为止，还没有采用太赫兹时域光谱技术来检测航油微生物污染的相关内容。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供基于太赫兹时域光谱技术的航空燃油微生物污染检测方法，该方法具有快速、高精度、无标记、重复性好与适用范围广等优点。
5.基于太赫兹时域光谱技术的航空燃油微生物污染检测方法，包括以下步骤：
6.步骤一：从飞机油箱或航油贮存罐中获取航油样本，提取特定体积的航油并进行预过滤，从而去除较大的杂质组分；
7.步骤二：采用移液枪将过滤后的航油样本转移到经清洗消毒后的聚乙烯材料的液体盒中，在22℃-24℃的常温下以液体盒中心为采样点，多次测量航油样本的太赫兹时域、频域光谱信号；
8.步骤三：根据所测得的样本太赫兹时域、频域光谱信号，运用公式计算其对应的吸收强度与折射率光谱多次测量的结果取平均值，并与微生物种属特征光谱进行对比分析，
初步确定航油样本中的主要微生物种属；
9.步骤四：将航油样本的吸收强度、折射率光谱与已知种属的浓度相关光谱曲线进行计算分析，初步确定航油样本中的各微生物的浓度含量；
10.步骤五：对预过滤的航油多次取样并进行检测，比较与最终确定样本中的主要微生物种属，将计算获得的各微生物浓度取平均值作为各微生物污染的最终浓度含量。
11.其中，步骤一中预过滤采用孔径为20μm混合纤维素酯过滤膜进行过滤。
12.其中，步骤二中航油样本的体积1ml；液体盒采用70％异丙醇水溶液进行清洗消毒；检测时间从获取航油样本到最终检测完成不超过2h，同一样本检测时间不超过15秒，重复取样测量的时间不超过10min。
13.其中，步骤二具体内容包括：将空的液体盒和装有航油样本的液体盒依次置于透射式太赫兹时域光谱装置中，分别获得空的液体盒和装有航油样本的液体盒的时域光谱信号；以前者信号作为参考信号，后者作为航油样本信号分别进行傅里叶变换得到相应的太赫兹频域光谱信息；航油微生物样本的太赫兹吸收强度与折射率光谱的计算都是基于以上参考信号和航油样本信号的傅里叶变换得到的相应太赫兹频域光谱信息获得，航油微生物样本的折射率n(f)计算公式如下：
[0014][0015]
其中，i
ref
和is分别为所测得的参考信号和航油样本信号的透过能量，f为频率，φs(f)，φ
ref
(f)分别为is和i
ref
进行傅里叶变换后获得的相位信息，c为光速，d为太赫兹波穿透样本的厚度；
[0016]
消光系数κ(f)的计算公式如下：
[0017][0018]
其中，ρ(f)为is和i
ref
经傅里叶变换的振幅比；
[0019]
航油微生物样本的吸收强度α的计算公式如下：
[0020][0021]
其中，步骤三中所进行的计算描述中合适的太赫兹频率范围为0.5thz-4thz。
[0022]
其中，航油微生物样本的吸收强度与折射率是通过输入时域光谱数据和样品的厚度即聚乙烯液体盒夹层厚度根据计算公式计算得到。
[0023]
其中，步骤四和步骤五中航油微生物样本折射率光谱图以频率为横坐标，以对应的太赫兹折射率在有效太赫兹范围内的值为纵坐标；航油微生物样本吸收强度光谱图以频率为横坐标，以对应太赫兹频段的吸收强度在有效太赫兹范围内的值为纵坐标。
[0024]
本发明的优点如下：
[0025]
本发明利用太赫兹时域光谱技术对航油微生物污染进行检测，该方法具有快速、高精度、无标记、重复性好与适用范围广等优点。
附图说明
[0026]
图1是本发明的实施例中航油微生物污染样本的太赫兹时域光谱图；
[0027]
图2是本发明的实施例中航油微生物污染样本的太赫兹折射率光谱图；
[0028]
图3是本发明的实施例中航油微生物污染样本的太赫兹吸收强度光谱图。
具体实施方式
[0029]
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。本发明利用太赫兹时域光谱技术检测检测航油微生物污染，利用公式计算分析确定其折射率与吸收强度光谱。
[0030]
实施例
[0031]
本实施例提供基于太赫兹时域光谱技术的航空燃油微生物污染检测方法，包括以下步骤：
[0032]
步骤一：过滤航油微生物污染取样：取500ml航油，采用孔径为20μm的预先消毒过的混合纤维素酯过滤膜进行过滤，从而去除较大杂质成分；
[0033]
步骤二：实验设备的清洗消毒：每次检测前采用70％异丙醇水溶液对空液体盒以及其他取样设备(移液枪等)进行清洗消毒；
[0034]
步骤三：制备航油微生物污染样本：采用消毒后的移液枪提取1ml体积的航油样本转移到液体盒中直至溢满，等待2min直至液体盒内样本油液趋于稳定，从而得到待检测航油微生物污染样本；
[0035]
步骤四：燃油微生物污染样本的检测与数据处理：设定太赫兹时域光谱检测系统的透射模式，空样本液体盒为参照，对航油微生物污染样本进行检测；对样本的太赫兹时域光谱数据进行傅里叶变换，并根据公式计算折射率与吸收强度，对同一样本间隔15秒透射检测3次并对0.5thz-4thz范围内的样本光学参数(折射率与吸收强度)进行平均；
[0036]
步骤五：航油微生物种属的确定：将航油微生物样本的折射率与吸收强度光谱与微生物种属特征光谱库进行对比分析，确定该航油样本中包含的主要微生物污染种属；
[0037]
步骤六：航油微生物浓度含量的确定：将航油微生物样本的折射率与吸收强度光谱与已知种属的浓度相关光谱曲线进行计算分析，确定该航油样本中的各微生物的浓度含量；
[0038]
步骤七：多次取样检测避免偶然误差：对预过滤后的航油微生物污染油液再进行2次采样并重复检测获取样本的光学参数进行分析，综合分析多组检测的结果，最终确定航油样本中的主要微生物污染类型及各微生物的浓度含量。
[0039]
指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。