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固定污染源废气气态污染物（SO2、NO、NO2、CO、CO2）的测定便携式傅立叶变换红外光谱法采样作业指导书
固定污染源废气气态污染物（SO2、NO、NO2、CO、CO2）的测定便携式傅立叶变换红外光谱法采样作业指导书
1.目的
为更好的让采样人员了解、熟练掌握方法标准，规范采样人员操作，制定本作业指导书。
2.适用范围
适用于固定污染源废气中气态污染物（SO
2、NO、NO
2
、CO、CO
2
）的测定。
3.检出限
SO
2、NO、CO的方法检出限均为 1 mg/m3，测定下限均为 4 mg/m3；NO
2
的方
法检出限为3mg/m3，测定下限为12 mg/m3；CO
2的方法检出限为 1 g/m
3
，测定
下限为 4 g/m3。
4.准备工作
4.1仪器准备
①傅立叶变换红外气体分析系统；
②加热预处理采样枪。
4.2标准气体准备
①零气：氮气（纯度≥99.999%），或不干扰目标化合物测定的清洁空气。
②标准气：SO
2、NO、NO
2
、CO、CO
2
，以 N
2
为平衡气。
4.3采样记录准备
《固定源废气采样原始记录表》《标准气体校准记录表》
5、采样
5.1采样前准备
①打开采样孔；
②清除采样孔积灰；
③准备好仪器所使用的电源；
④做好安全防护工作。
5.2采样步骤
5.3采样结束
①打印现场测量数据，仪器关机；
②填写现场测量数据；
③采样人员签字；
④受检单位负责人签字。
傅里叶红外光谱对气体浓度积分1.引言在气体浓度检测和分析领域，傅里叶红外光谱技术是一种被广泛应用的非侵入性测量方法。
该方法利用红外光谱的特性，通过分析气体吸收红外光的能力来确定气体的浓度。
傅里叶红外光谱技术不仅灵敏度高、准确度好，而且具有快速、实时和连续测量的特点，因此在环境监测、工业过程控制和气体分析等领域得到了广泛应用。
2.傅里叶红外光谱原理傅里叶红外光谱技术基于以下原理：不同气体分子对红外光有不同的吸收特性。
当红外光通过待测气体时，气体分子会吸收特定波长的红外光，产生特定的吸收峰。
这些吸收峰的位置和强度与气体种类和浓度有关。
傅里叶红外光谱仪通过将待测气体与参考气体进行比较，测量红外光在不同波长下的透过率，得到被测气体的吸收光谱曲线。
利用傅里叶变换等数学方法，可以将吸收光谱曲线转换为气体浓度与波长的关系曲线，即傅里叶红外光谱。
3.傅里叶红外光谱的优势傅里叶红外光谱技术在气体浓度积分方面具有以下优势：3.1高灵敏度和准确度傅里叶红外光谱技术能够实现对不同气体的浓度进行高精度测量，其灵敏度可以达到p pm（百万分之一）级甚至更高。
同时，通过精确的仪器校准和温度及压力的补偿，可以提高测量的准确度。
3.2快速响应和实时测量傅里叶红外光谱仪的响应速度非常快，可以实现亚秒级的响应时间。
这使其在需要快速检测和实时监测的场景下具有重要的应用价值，如工业过程控制和环境监测。
3.3宽波长范围傅里叶红外光谱技术可以覆盖广泛的红外光谱范围，包括近红外、中红外和远红外。
这使其能够检测多种不同波长下的气体吸收，提高了测量的灵活性和适用性。
3.4无需物理接触和采样傅里叶红外光谱技术是一种非侵入性的测量方法，无需对待测气体进行物理接触或采样。
这大大降低了实验操作的复杂性和风险，同时减少了对样品的破坏，特别适用于对特定环境的连续监测。
4.应用领域傅里叶红外光谱技术在众多领域中得到了广泛应用，以下是其中的一些例子：4.1环境空气质量监测利用傅里叶红外光谱技术，可以实时、连续地监测环境中各种有害气体的浓度，如有机物、二氧化碳、一氧化碳等。
傅里叶红外光谱气体遥测成像傅里叶红外光谱气体遥测成像是一种先进的气体传感技术，通过使用傅里叶变换将红外辐射信号转换成频谱图像，实现对大气中各种气体的高精度探测和成像。
这种技术在环境监测、危化品排放监测、大气污染预警等领域有着广泛的应用前景。
傅里叶红外光谱气体遥测成像技术主要基于红外辐射的分子吸收谱原理。
大气中的各种气体在受到红外辐射激发后，会吸收特定波长的辐射能量，产生独特的吸收峰。
通过测量吸收峰的位置、强度和形状，就可以准确地识别出大气中存在的各种气体成分。
傅里叶变换技术则可以将这些频谱数据转换成可视化的成像图像，从而实现对大气中各种气体的高分辨率成像和监测。
与传统的气体传感器相比，傅里叶红外光谱气体遥测成像技术具有以下几个显著优势。
首先，它可以实现对多种气体的同步探测和成像，无需单独安装多种传感器，大大简化了监测系统的布设和维护。
其次，由于采用了红外光谱技术，这种成像技术对气体的探测灵敏度和准确度都较高，可以实现对大气中微量气体的高精度监测。
此外，傅里叶红外光谱气体遥测成像技术还具有快速响应、实时监测和远程遥测的能力，非常适合用于大范围、复杂环境下的气体监测和控制。
傅里叶红外光谱气体遥测成像技术在环境监测领域有着广泛的应用前景。
首先，它可以实现对大气中多种有害气体的实时监测，如二氧化硫、一氧化碳、甲醛等，有助于及时发现和处理大气污染源，保障人民身体健康。
其次，这种技术还可以用于监测危化品的排放情况，及时预警和处理潜在的安全隐患。
此外，傅里叶红外光谱气体遥测成像技术还可以在地质勘探、天然气管道监测、火灾预警等领域发挥重要作用，为实现智能化、精准化的环境监测和管理提供了有力工具。
总之，傅里叶红外光谱气体遥测成像技术是一种极具潜力和发展前景的先进气体传感技术，它能够实现对大气中各种气体的高精度探测和成像，对于环境监测、安全管理、资源勘探等领域都有着广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和应用的推广，相信这种技术必将为我们的生活和社会发展带来更多的益处。
第22卷，第2期光谱学与光谱分析VoI.22，No.2，pp235-2382002年4月Spectroscopy and SpectraI AnaIysis ApriI ，!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2002傅里叶变换红外光谱在大气遥感监测中的应用黄中华，王俊德"南京理工大学现代光谱研究室，江苏南京210014摘要傅里叶变换红外光谱遥感技术是一门综合性探测技术，它可以对气体组分进行远距离、实时、多组分同时监测。
本文介绍了遥感傅里叶变换红外光谱在遥测大气层中痕量气体、污染源排放的废气、灭火过程产生的有毒气体、气体空间分布等方面的应用现状。
主题词遥感；傅里叶变换红外光谱；大气监测；空气污染中图分类号：O657.33文献标识码：A文章编号：1000-0593（2002）02-0235-04收稿日期：2000-10-12，修订日期：2001-03-28基金项目：国家自然科学基金资助项目（No ，20175008）作者简介：黄中华，女，1973年生，南京理工大学化工学院博士研究生"通讯联系人引言在大气监测中通常采用定点取样的方法，但这种方法所获得的数据，仅能反映取样点很小范围内的空气污染程度，因而在监测区域性空气污染中受到限制。
遥感傅里叶变换红外光谱技术是近年来迅速发展起来的一门综合性探测技术，与传统的定点取样检测法相比，它主要具有以下特点：（1）远距离对气体排放物进行实时监测；（2）快速分析多组分混合物；（3）无需繁琐的取样手续；（4）可获得地面或高空大区域三维空间数据。
目前，该技术在大气环境监测中的应用研究显示，这种技术在测定大气中污染物的总携载量、污染源的污染排放量、烟羽的动态分布、大气扩散参数及定量研究点源、连续自动监测系统的优化选点等研究方向，具有很大的潜力和价值。
在大气分析中，遥感傅里叶变换红外光谱技术可分为两大类，即被动式和主动式。
FTIR光谱法定量分析微痕量气体苯系物周泽义【摘要】苯系物是室内空气污染的重要组成部分.本文采用傅立叶变换红外(FTIR)光谱技术研究苯系物的红外吸收光谱特征,确定了光谱分析时各组分的特征红外波长,采用美国热电子OMNIC Quant Pad分析软件建立了低浓度(0～5×10-6)苯系物(包括甲苯、邻、间、对二甲苯,苯乙烯,硝基苯)的定量分析方法和校准曲线数据库.将FTIR光谱法用于样品气的检测,结果表明,该方法具有较高的准确度和较好的应用推广前景.【期刊名称】《分析仪器》【年(卷),期】2010(000)003【总页数】5页(P42-46)【关键词】傅立叶变换红外(FTIR)光谱法;定量分析;苯系物【作者】周泽义【作者单位】中国计量科学研究院,北京,100013【正文语种】中文1 引言近年来，随着工业的快速发展，空气污染问题也越来越严重。
如家装之后，室内空气中一般都含有超标的挥发性有机化合物，而苯系物(苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯)是其中的主要组成部分，主要来源于涂料、油漆、胶粘剂等[1]，虽然浓度不高，但其所表现出来的毒性、刺激性和致癌作用对人体健康造成较大的影响。
因此，对苯系物分析方法的研究是非常重要的。
目前，大气中苯系物的主要检测方法为气相色谱法[2]，该方法需要富集取样、分析时间长、不适于快速检测和在线分析。
红外吸收光谱法具有快速、非破坏性的特点[3]，气体在中红外波段内(4000～400 cm-1 )有明显的吸收，在大多数情况下,一种有机化合物具有唯一的FTIR光谱图，其指纹区可与其它所有的化合物的吸收样式相区别。
即使是同一分子式的同分异构体,使用FTIR 光谱法也可将其区分开来。
分子的同分异构体对应有不同的红外光谱图，它们的各吸收峰位置不同。
因此，红外光谱法对检测多组分混合气体来说是一种简便、易行的测量方法。
本文采用美国Thermo fisher公司的380型傅立叶红外光谱仪结合一光程长为10m的气体池，用OMNIC Quant Pad分析软件建立了低浓度(0～5×10-6)苯及苯系物(包括甲苯、邻、间、对二甲苯，苯乙烯，硝基苯)的定量分析方法。
傅里叶红外变换测气体一、引言傅里叶红外变换（Fourier Transform Infrared，FTIR）是一种用于测量气体成分的技术。
它通过分析气体样品对红外光的吸收来确定其组成。
FTIR技术被广泛应用于环境监测、工业过程控制、医学诊断和生命科学等领域。
二、傅里叶红外变换的原理傅里叶红外变换技术利用了物质对特定波长的光的吸收能力。
当一束光穿过气体样品时，样品中的分子会吸收特定波长的光，并将其转化为热能。
根据不同化合物对不同波长光的吸收能力不同，可以通过检测经过样品后剩余光线的强度变化来确定样品中不同化合物的含量。
三、傅里叶红外变换仪器傅里叶红外变换仪器由四个主要部分组成：光源、样品室、干涉仪和检测器。
光源发出一束连续谱线性偏振的光，经过样品室后进入干涉仪中。
在干涉仪中，两束光线经过反射后再次合并，形成干涉图案。
检测器将干涉图案转换为电信号，经过傅里叶变换后得到样品的吸收谱。
四、傅里叶红外变换的应用1.环境监测FTIR技术可以用于监测大气中的污染物和温室气体。
例如，可以通过测量CO2、CH4和N2O等气体的吸收谱来确定它们在大气中的含量。
2.工业过程控制FTIR技术可以用于监测化学工艺过程中产生的废气。
通过实时监测废气成分，可以及时调整生产参数以提高产品质量和降低环境污染。
3.医学诊断FTIR技术可以用于检测人体组织和体液中的化学成分。
例如，可以通过检测血液中葡萄糖、尿素和胆固醇等物质的吸收谱来诊断糖尿病、肾功能异常和高血脂等疾病。
4.生命科学FTIR技术可以用于研究生物分子结构和相互作用。
例如，可以通过测量蛋白质、核酸和糖类等生物分子的吸收谱来确定它们的结构和功能。
五、傅里叶红外变换技术的优缺点1.优点（1）无需对样品进行处理，可以直接测量气体成分；（2）可以同时检测多种气体成分；（3）具有高灵敏度和高精度。
2.缺点（1）需要对样品进行稀释或压缩以满足仪器要求；（2）需要定期校准仪器以确保准确性；（3）不能检测低浓度的气体成分。
傅里叶红外气体分析仪工作原理？应用领域有哪些呢？今日乐氏小编为大家带来关于傅里叶红外气体分析仪的科普内容，目前这款设备也是在vocs 气体分析检测领域应用很广泛的产品。
傅里叶红外气体分析仪英文称为（FTIR），是基于每种气体在红外光谱中的独特“指纹”，能够识别和量化混合物中的多种气体成分。
它的工作原理主要包括以下几个步骤：1. 红外光源：FTIR分析仪采用红外光源发射广谱红外辐射。
2. 样品池或路径：红外光穿过样品池，其中存在待分析的气体混合物。
或者，红外光束可以穿过大气中的开放路径以进行环境监测。
3. 红外辐射的吸收：当红外光穿过气体样品时，特定波长的光被存在的气体吸收。
每种类型的气体都会吸收与其分子振动和旋转跃迁相对应的特定和特征波长的红外光。
4. 干涉仪：FTIR分析仪的关键部件是干涉仪。
它将传入的红外光修改为干涉图案。
该图案随着两束光（由干涉仪产生）之间的路径差的变化而变化。
5. 探测器：干涉光随后到达检测器，检测器记录不同波长的红外辐射强度。
6. 傅里叶变换：使用傅里叶变换算法对记录的干涉图样（称为干涉图）进行数学变换。
这种转换将复杂的干涉图转换为更易于解释的光谱，将红外辐射的强度显示为波长或波数的函数。
7. 光谱分析：分析所得光谱以确定样品吸收了哪些波长。
通过将这些吸收特征与不同气体的已知光谱进行比较，分析仪可以识别存在的气体并确定其浓度。
傅里叶红外气体分析仪有哪些应用领域呢？傅里叶红外气体分析仪（FTIR）在环境监测中有广泛的应用，以下是一些主要的应用领域：1. 大气环境监测：FTIR技术被用于监测空气、水和土壤中的污染物，例如温室气体、油和有毒化学物质。
它可以形成对化工厂区的立体化、多平台监测体系，具有实时、在线、多组分的优点。
2. 挥发性有机物（VOCs）监测：FTIR技术特别适用于监测化工、喷涂等行业排放的挥发性有机物，这些物质在红外波数区间400~4000 cm^-1有相对独立的吸收峰。
JJG 001-1996 傅里叶变换红外光谱仪检定规程适用范围:适用于新安装、使用中和修理后的傅里叶变换红外光谱仪(以下简称仪器)的检定。
主要技术要求:1. 外观2. 安装条件3. 检定条件4. 检定设备5. 样品6. 检定项目和检定方法2.范围适用于新安装、使用中和修理后的傅里叶变换红外光谱仪(以下简称仪器)的检定。
2.1 原理FTIR是利用干涉仪干涉调频的工作原理，根据干涉图和光谱图之间的对应关系，通过测量干涉图和对干涉图进行傅里叶变换来获得光谱图；它能同时测量、记录来自光源所有谱元的信息，高效率地采集来自光源的辐射能量。
检测器接收到的随光程差变化的信号强度便是光源所有谱元的贡献。
(1)式中:I(x)——干涉图B(v)——吸收光谱v——频率x——光程差I(x)是在光程差为x时检测器接收到的信号强度，也称为干涉图。
数据处理系统通过对干涉图函数进行傅里叶变换得到按频率(波数)分布的物质的吸收光谱B(v)。
(2)由于它有多通道优点，因而有较高的信噪比、分辨率、检测灵敏度和较快的扫描速度，广泛应用于物质的定性定量及结构成分分析。
是测量、研究分子振动、转动光谱的重要工具。
2.2 构成FTIR 由光学系统及数据处理系统两部分组成。
3 计量单位波数(cm－1)和吸光度。
4 计量要求4.1 计量特性仪器技术指标见表1。
4.2 等级评定等级评定按表2。
1～10项中如有2项以上(包括2项)达不到指标，要按降档处理。
表1 技术指标5 技术要求5.1 外观要求仪器应有下列标志：仪器名称、型号、制造厂名、出厂日期和仪器编号，使用说明书齐全。
仪器及附属设备外观应完好无损，联结牢固。
特别注意事项应有清楚醒目的警示标志。
5.2 安装条件仪器应安装在清洁无尘、无振动、无电磁干扰、无腐蚀性气体、通风良好、恒温恒湿的实验室；室温：20℃～25℃之间；相对湿度：≤60％；有良好的独立地线。
中文摘要中文摘要随着现代激光技术的发展，可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术因其具有光谱分辨率高、选择性好、灵敏度高、响应速度快等优势，所以被越来越多地应用于大气环境监测、燃烧诊断、危险气体泄漏安全监测、工业过程控制以及医学诊断等领域。
而调制光谱技术和多光程吸收池常用于提高TDLAS系统的检测灵敏度及测量稳定性。
本文主要对TDLAS的调制光谱技术及其在气体检测中的应用展开研究。
首先研究了波长调制理论，实验搭建了一套波长调制气体吸收光谱测量系统，实现了燃烧中的CO2和CO的单激光器同时测量；其次，研究了免校准波长调制光谱理论，并从实验上验证了免校准技术对探测光强及外界干扰的免疫能力，并采用免校准波长调制光谱技术搭建了小型化TDLAS系统，实现了单个激光器对空气中CO和CH4的实时监测；最后，研究了频率调制光谱技术，实验测量了NO分子b4∑ˉ-a4∏系统(3,0)带跃迁谱线，并研究采用频率调制技术抑制光谱系统中的干涉噪声，实现频率调制光谱系统的小型化及快速测量。
本论文的研究成果及创新主要包括：1. 研究了波长调制理论，并实验搭建了一套波长调制气体吸收光谱测量系统，使用单个分布反馈式(Distributed Feedback, DFB)激光器实现了对通信波段(1.58 μm)附近的CO2和CO的同时测量，并在1 s的积分时间内选取最佳平均次数为10次来进一步减小随机噪声的影响。
通过Allan方差分析，系统对CO2和CO的最低探测极限可分别达到7.5 ppm (10-6)和14 ppm。
此外，实验通过控制空气进量对蜡烛不同燃烧程度时产物中的CO2和CO浓度进行了实时测量。
2. 实验验证了通过一次谐波归一化二次谐波信号实现的免校准波长调制光谱对激光光强变化及气流影响、系统震动等外界干扰的免疫能力。
基于免校准波长调制理论搭建了小型化的多光程TDLAS系统，用于空气中CO和CH4的实时监测。
系统尺寸为60⨯30⨯25 cm3，采用集成化的FPGA控制系统和新型Herriott多光程吸收池，选择中心频率为2.3 μm的DFB激光器作为光源，排除空气中复杂气体成分的干扰，同时考虑空气中实际含量选择合适吸收线，实现对CO和CH4的同时测量。
傅里叶红外光谱测气体傅里叶红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FTIR）是一种非常重要的气体分析技术。
它利用傅里叶变换技术将气体分子振动的光谱信号转化为一组复杂的频谱图，进而进行气体成分的定量和定性分析。
下面就一起来深入了解一下FTIR技术。
一、什么是傅里叶变换傅里叶变换（Fourier Transform，FT）是一种信号分析方法，其基本思想是将一个信号分解成许多不同频率的正弦波，并通过求得每个正弦波分量的振幅和相位来表征该信号的特征。
傅里叶变换在气体光谱学中应用非常广泛，典型的应用就是傅里叶红外光谱测定气体成分。
二、傅里叶红外光谱技术原理傅里叶红外光谱技术是一种非破坏性、非接触、快速、准确度高的气体分析方法。
该技术是在一定范围内对气体的吸收谱线进行测量，从而获得气体的红外吸收光谱信息，再将光谱信号进行数字化处理和傅里叶变换，可以得到气体分子振动的光谱信息。
由于不同的气体分子振动频率和振动形式不同，所以可以通过分析光谱图得到气体成分信息。
傅里叶红外光谱技术在环境监测、化学工业、生命科学、天文学和地质学等领域都有广泛应用。
三、傅里叶红外光谱测量的优点1、能够同时检测多个气体成分，例如CO、CO2、CH4等。
2、检测速度快，仅仅需要几秒钟就可以得到测量结果。
3、灵敏度高，能够检测到数量级在ppm ~ %-ppm范围内的气体。
4、可靠性高，对气体的测量结果具有较高的准确性和可重复性。
5、适用于不同气体分子的分析，具有广泛的应用前景。
四、傅里叶红外光谱测量的应用案例目前傅里叶红外光谱技术在环境监测、工业制造、医学、生物技术等领域得到了广泛的应用。
举个例子，傅里叶红外光谱技术在治理城市空气污染方面，能够快速、准确地检测到有害气体的种类和含量，例如二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和臭氧等。
据统计，我国有超过半数的城市遭受空气污染，而傅里叶红外光谱测量技术便是其中一种有效的治理手段。
利用便携式FTIR光谱仪研究环境大气中CO_(2)浓度变化查玲玲;王薇;谢宇;单昌功;曾祥昱;孙友文;殷昊;胡启后【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2022(42)4【摘要】高准确和高精度测量环境大气CO_(2)浓度,对于监测区域和城市温室气体的排放至关重要。
基于傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术,利用便携式FTIR光谱仪采集近红外太阳吸收光谱,基于非线性最小二乘算法,反演获得了2016年9月至2020年5月期间合肥地区环境大气的CO_(2)柱浓度。
观测结果表明,CO_(2)气体的柱浓度有着明显的季节变化,在春季出现最大值,夏季下降速度快,秋季达到最小值。
柱平均干空气混合比浓度XCO_(2)的日均值位于(401.23±0.60)和(418.41±0.31)ppm之间,而2017年观测的月均值有着6.96 ppm的季节幅值。
并且,观测期间XCO_(2)呈现逐年增长的趋势,年平均增长率为(2.71±0.66)ppm·yr^(-1)。
为了验证便携式FTIR光谱仪观测的准确性和可靠性,我们将其观测结果与高分辨率FTIR仪器同步测量结果进行比较,发现观测的XCO_(2)的偏差均值为1.32 ppm,二者的相关系数r为0.97,两个数据显示高度一致性。
同时将观测结果与GOSAT卫星数据作了横向比较,两个数据的平均偏差为(0.63±1.76)ppm,二者的相关系数r为0.86,显示出地基数据与卫星数据有高相关性。
最后,将合肥站点2020年秋季观测数据与上海站点同期观测数据进行了比较,发现上海站点与合肥站点的CO_(2)柱浓度变化基本一致,合肥观测点的XCO_(2)日均值位于(415.09±0.84)和(417.80±0.67)ppm之间,上海观测点的XCO_(2)日均值位于(411.87±1.07)和(416.63±1.70)ppm之间,表明同步观测期间合肥的CO_(2)柱浓度略高于上海市。
FTIR光谱法在气态环境污染事故应急监测中的应用
郁建桥;张璘;王霞
【期刊名称】《分析仪器》
【年(卷),期】2005(000)001
【摘要】介绍了傅立叶变换红外光谱点式和开放光程式两种监测方法在气态环境污染事故应急监测中的应用,对两种方法的应用效果作了比较.
【总页数】4页(P55-58)
【作者】郁建桥;张璘;王霞
【作者单位】江苏省环境监测中心,南京,210036;江苏省环境监测中心,南
京,210036;江苏省环境监测中心,南京,210036
【正文语种】中文
【中图分类】TH744.3
【相关文献】
1.傅立叶变换红外光谱法在污染源气态污染物监测中的应用 [J], 朱大成
2.便携式GC-MS与便携式FTIR在环境应急监测中对气态污染物分析的对比性研究 [J], 张军伟;曹璟;牛倩;邱颖
3.浅析突发性环境污染事故中应急监测的应用 [J], 瞿叶娜
4.便携式气相色谱仪在环境污染事故应急监测中的应用 [J], 明星
5.便携式气质联用仪在环境污染事故应急监测中的应用实例 [J], 丁金美;王玉祥;杨文武;陈军
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傅里叶红外气体测定一、傅里叶红外气体测定的基本原理傅里叶红外气体测定是一种利用傅里叶变换将光谱信号转换成频率域信号的分析技术。
其基本原理是：当分子振动时，会吸收特定波长的辐射能量，产生吸收峰。
将波数（频率）作为横坐标，吸光度（强度）作为纵坐标绘制出来的图像称为红外吸收光谱图。
二、傅里叶红外气体测定的优点1. 非破坏性分析：样品不需要任何处理即可进行测量，不会对样品造成损伤。
2. 高灵敏度：可以检测到非常微小的气体含量。
3. 高选择性：可以通过选择不同的波长检测不同的气体成分。
4. 实时性强：可以在几秒钟内完成一次检测。
5. 可靠性高：由于使用了高精度仪器和自动化控制系统，保证了数据的准确性和可靠性。
三、傅里叶红外气体测定的应用领域1. 环境监测：可以检测大气中的各种污染物，如二氧化碳、甲烷、一氧化碳等。
2. 工业生产：可以用于检测工业生产过程中产生的有害气体，如硫化氢、氯化氢等。
3. 医疗领域：可以检测人体呼出的各种有害气体，如一氧化碳等。
4. 安全监测：可以用于检测火灾现场的有害气体，如一氧化碳等。
四、傅里叶红外气体测定的仪器组成傅里叶红外气体测定仪主要由以下几个部分组成：1. 光源：发射特定波长的辐射能量，通常使用红外灯或者激光器。
2. 样品室：样品与光源之间的空间，通常采用透明材料制成。
3. 分光器：将样品吸收后的辐射能量分解成不同波长的光线，通常采用多棱镜或者反射镜实现。
4. 探测器：将不同波长的光线转换成电信号输出，并进行信号处理和数据分析。
常见的探测器有红外线光电探测器和半导体探测器。
五、傅里叶红外气体测定的操作流程1. 样品准备：将待测样品放入样品室中。
2. 光源设置：根据待测气体的吸收峰位置设置光源波长。
3. 分光器调节：调节分光器使得各波长的光线能够通过样品室并尽可能多地被吸收。
4. 探测器校准：对探测器进行校准，以保证数据的准确性。
5. 数据处理：将探测器输出的信号进行傅里叶变换，并与数据库中的标准谱图进行比对，确定待测气体成分和含量。
基于红外光声光谱的气体检测系统设计钱旭;程明霄;王雪花;赵天琦【摘要】随着工业现代化的发展,环境变化日益复杂,而人民的环境健康意识也在不断提高.在这种情况下,传统的气体检测系统已不能满足要求,有待开发一种高灵敏度、高分辨率的新型实时气体检测系统.从气体分子红外光谱理论出发,在对当前各种气体检测方法进行分析比较的基础上,设计了一种基于光声光谱技术的气体检测系统.实验证明:该系统可有效进行CO2气体检测.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2014(033)012【总页数】4页(P98-100,103)【关键词】气体检测;高灵敏度;高分辨率;光声光谱【作者】钱旭;程明霄;王雪花;赵天琦【作者单位】南京工业大学自动化与电气工程学院,江苏南京210009;南京工业大学自动化与电气工程学院,江苏南京210009;南京工业大学自动化与电气工程学院,江苏南京210009;南京灼徽检测技术有限公司,江苏南京210009【正文语种】中文【中图分类】TP23气体探测技术在人类活动的各个方面都发挥着极为重要的作用[1]。
大气中某些微量气体过量时，会导致温室效应、酸雨、毒雾、臭氧层空洞等现象[2]，严重影响人类赖以生存的环境。
近年来，随着人们环境健康意识的提高和环境变化的复杂性，传统上使用的气体探测系统已不能满足要求，有待开发性能更高的新型气体探测系统。
按照工作原理的不同，气体检测方法可分为非光学分析法与光学分析法[3]。
本文设计了一种基于红外光声光谱(PAS)的气体检测系统，实验结果表明：该系统可有效进行CO2气体的检测。
PAS技术是一种理想的无背景噪声信号技术[4]，具有较高灵敏度和良好选择性。
与传统光谱分析方法不同，PAS技术是监测物体吸收光能后产生的热能中以声压形式表现出来的那部分能量，即使在高反射弱吸收的情况下，吸收能也可被微音器检测。
与其它气体检测方法相比较，PAS技术的主要优点是：长期稳定性好,灵敏度高；不消耗气样，如载气、标气；检测时间短，便于现场检测，适于多种气体成分的检测，系统结构简单。
差分傅里叶变换红外光声光谱大气污染气体检测研究
随着科学技术发展和人们生活水平的提高,大气污染这一危害着人类生产生活的问题受到了社会各界普遍关注,与之相关的分析测量技术也得到了蓬勃发展。
光声光谱技术作为一种新型无损检测技术,以检测灵敏度高、动态范围大、背景噪声低、样品无需前处理和实验系统简单等优势著称,成为光谱分析检测技术的重要分支,已成功应用于农业、医药、化工、生物工程等诸多领域。
本论文运用傅里叶变换红外光谱仪,设计并制作了高性能气体光声池,结合差分检测模式,构建了步进式差分傅里叶变换红外光声光谱（Fourier Transform Infrared Photoacoustic Spectroscopy,FTIR-PAS）系统,实现了对几种典型大气污染气体的高精度定量检测。
在高噪声和强吸收背景气体影响下,差分FTIR-PAS技术提取了微弱吸收痕量气体的信息,有效抑制了气体红外光谱检测领域中水蒸气分子复杂吸收特性的强烈干扰。
具体研究内容如下:首先,推导了单模式和差分模式下气体
FTIR-PAS理论,结果表明由气体分子吸收光能量而产生的FTIR-PAS 幅值信号与目标气体浓度成线性正比关系,这一结论为后续实验提供理论参考;FTIR-PAS相位信号与气体弛豫时间相关。
理论上证明了差分模式可有效地消除相干噪声的影响并排除与目标气体吸收峰重叠的背景气体成分的干扰,可显著提高系统的信噪比和目标气体检测灵敏度。
该方法有望在强噪声背景的干扰下,提取出微弱痕量目标气体的有效吸收信息。
其次,T型光声池的设计与制作。
光声池作为光声光谱系统的核心组件,对系统性能的优劣有着决定性影响。
本研究采
用有限元仿真软件对多种类型光声池进行建模仿真,比较结构和几何
尺寸参数对光声池性能参数的影响,结合所应用的傅里叶变换红外光
谱仪样品室的具体条件,最终确定采用T型光声池。
基于上述仿真结
果制作了T型光声池,并采用时谐调制激光对其性能进行验证。
实验
结果表明该光声池的幅值和相位的均与仿真结果吻合,共振频率为
342 Hz,品质因数为83.5,光声池常数为2063 Pa·cm<sup>-1</sup>·W。
通过仿真建立了半经验边界条件,推导出T型光声池共振频率的理论
表达式,避免了复杂仿真计算造成的时间浪费。
再次,步进式单模式和差分模式FTIR-PAS系统的搭建。
在现有的傅里叶变换红外光谱仪的
基础上,架设单个或两个相同的T型光声池分别构建单模式和差分模
式系统。
在差分模式下采用了单面镀反射膜的斩波片以避免传统方式中分光镜对入射光的分束,最大限度地提高入射光的利用率,实现对
两T型光声池入射光的反向调制。
其中一光声池（样品池）充满样品气体,另一个光声池（参考池）充满背景气体（如氮气、洁净空气等）,将两光声池的光声信号进行求和运算,实现了差分FTIR-PAS检测系统。
最后,应用步进式单模式和差分式FTIR-PAS实验系统,对典型大
气污染气体二氧化碳和乙炔开展了定量分析检测。
第一组实验检测了二氧化碳和氮气的混合物,差分模式系统的信噪比高于单模式的两倍。
入射光在2349 cm<sup>-1</sup>处能量为12.6μW,单模式和差分模
式系统对二氧化碳气体的理论检测灵敏度分别为4 ppmv和2ppmv,定量检测极限分别为35 ppmv和17 ppmv。
该实验结果证实了差分模式有效消除系统相干噪声,极大程度提高了系统信的噪比和检测灵敏度。
在两种模式下,FTIR-PAS幅值信号均与二氧化碳浓度成正比,且线性度良好;FTIR-PAS相位信号由二氧化碳的弛豫时间决定,说明该方法亦可应用于气体弛豫时间的测量。
第二组实验检测了乙炔和空气的混合物。
当检测样品为100 ppmv乙炔-空气的混合物时,单模式下乙炔的吸收信息完全淹没在水蒸气分子的强吸收背景下,无法提取有效信息;差分模式下消除了水蒸气强吸收的影响,乙炔的吸收峰及吸收谱线包络清晰可见。
入射光在1360 cm<sup>-1</sup>处能量为30μW,差分模式系统对乙炔的理论检测灵敏度为4.5 ppmv,定量检测极限为17 ppmv。
在浓度范围为5,000<sup>1</sup>00 ppmv内,FTIR-PAS幅值信号与乙炔气体浓度成正比。
该实验结果验证了差分模式可成功地消除背景气体的强烈干扰,探测出痕量气体信息。
综上所述,差分模式能够抑制相干噪声和消除与目标气体吸收峰信息相互重叠的背景气体强吸收的影响,提取出微弱痕量气体信息。
T型光声池增强步进式差分FTIR-PAS技术是一种检测精度高和检测范围广的定量大气污染气体检测方法。
