非分散红外法测CO：ET-3015A一氧化碳分析仪工作原理详解

在职业卫生、环境监测及固定污染源排放检测中，一氧化碳（CO）的精准测量至关重要。ET-3015A型红外一氧化碳分析仪严格遵循GBZ/T300.37、HJ965-2018等多项国家标准与生态环境部标准，其核心检测技术正是不分光红外线气体分析法（Non-Dispersive InfraRed，NDIR），即非分散红外法。该方法以其高选择性、稳定性和抗干扰能力，成为CO测定的技术方案。以下从物理基础、仪器结构、工作流程三个层面，详细解析其工作原理。

一、物理基础：气体对红外辐射的选择性吸收

红外一氧化碳分析仪的理论依据是朗伯-比尔定律。不同气体分子因化学键振动与转动能级差异，会对特定波长的红外光产生强烈吸收。一氧化碳的特征吸收峰位于4.67μm（约2145 cm⁻¹）的中红外波段。当红外光束穿过含有CO的气体样品时，CO分子会吸收该波长能量，导致透射光强衰减。

其中，$I$为透射光强，$I_0$为入射光强，$K$为吸收系数（CO在4.67μm处吸收系数高），$C$为气体浓度，$L$为光程长度。通过精确检测透射光强的衰减量，即可反推出CO浓度。

二、非分散红外法的核心结构

与传统分光红外（使用光栅分光）不同，非分散意味着系统中无需色散元件将红外光分解为光谱。ET-3015A采用紧凑的模块化设计，主要包含以下部件：

1. 红外光源：产生连续宽谱红外辐射，通常采用陶瓷或镍铬丝加热元件，经调制（如斩光片）后形成脉冲光束。

2. 测量气室：高精度光程气室，内置泵吸式（ET-3015A流量范围0.5-2.0 L/min）将被测空气连续抽入气室。气室内壁经镜面抛光或镀金，以减少红外反射损失。

3. 窄带滤光片：位于探测器前方，只允许中心波长4.67±0.05μm的红外光通过，有效排除其他气体（如CO₂、水蒸气）的干扰。这是实现CO选择性的关键。

4. 红外探测器：采用热电堆或热释电传感器，将接收到的红外光能转换为电信号。探测器通常包含双通道——一个测量通道（4.67μm）和一个参考通道（如3.9μm，CO不吸收的波长），用以补偿光源漂移和环境温度变化。

5. 信号处理与校准系统：微处理器对测量与参考通道的比值进行处理，结合内置校准曲线输出浓度值。ET-3015A具备定时/手动零点校准功能，通过自动切换电磁阀通入高纯氮气（零点气）实现零点漂移抑制（≤±1%满量程/h）。

三、工作流程与关键技术细节

步骤1：采样与预处理
内置隔膜泵主动抽吸空气，经粉尘过滤器进入气室。仪器同时测量环境温度（5-40℃）、湿度（10-95%RH），并通过软件自动将浓度从ppm转换为mg/m³，符合国标对温湿度补偿的要求。

步骤2：红外吸收与信号产生
脉冲红外光交替穿过参比气室和测量气室（或分时通过同一气室的不同光路）。当测量气室中存在CO时，探测器测量通道输出信号减弱，而参考通道信号不变。

步骤3：浓度解析与干扰抑制
CO₂和水蒸气是主要干扰源。CO₂在4.67μm处有微弱吸收（约为CO的1/1000），而水蒸气吸收峰较宽。ET-3015A通过三方面降低干扰：①窄带滤光片（半带宽≤60nm）；②在光路中增加CO₂补偿滤光器；③软件算法扣除干扰。实测表明，500mg/m³ CO₂或室温饱和水蒸气产生的干扰信号≤±2%满量程，远优于国标要求。

步骤4：输出与数据管理
经过线性校正（线性度≤±2%满量程）、重现性验证（≤1%满量程）后，结果以0.1ppm分辨率显示在彩色触摸屏上，同时自动存储5000组数据，并支持SD卡扩展、RS485远程通讯及微信小程序实时查看。

四、为什么选择NDIR法？

相较于电化学传感器或气相色谱法，非分散红外法具备独特优势：

• 无耗材、寿命长：非消耗型物理检测，无需频繁更换传感器。

• 选择性好：特征吸收峰明确，不易受其他气体交叉干扰。

• 响应快速：ET-3015A响应时间≤45秒，预热稳定后（30分钟）可连续工作4小时（电池供电）。

• 自动零点校准：有效抑制长时间使用导致的零点漂移，确保符合JJG635-2011二级仪表技术要求。