氣體監測傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）是一種基于紅外吸收光譜原理的高精度分析設備，主要用于氣體成分的定性和定量檢測。其核心工作原理結合了干涉測量技術與傅里葉變換數學方法，實現對多組分氣體的快速、同步監測。以下是詳細解析： 一、核心工作原理1. 干涉儀生成干涉信號   光源（通常為SiC棒或中紅外光源）發射寬帶紅外光，經分束器分為兩束：一束射向固定鏡，另一束射向動鏡。     動鏡往復運動產生光程差，兩束光重新組合后形成干涉光，其強度隨光程差周期性變化，形成**干涉圖**（時域信號）。     干涉圖包含所有頻率的紅外光信息，但需轉換為頻域光譜才能解析氣體成分。2. 樣品氣體吸收與檢測   干涉光穿過氣體樣品池（如多次反射池），氣體分子選擇性吸收特定波長的紅外光（依據分子化學鍵的振動-轉動能級躍遷）。     吸收后的干涉光被探測器（如液氮制冷的MCT探測器）捕獲，轉換為電信號。3. 傅里葉變換與光譜解析    通過快速傅里葉變換（FFT）算法將干涉圖（時域）轉換為紅外吸收光譜（頻域），得到吸光度隨波數（cm?1）變化的譜圖。     根據朗伯-比爾定律（A = ε·c·L，A為吸光度，ε為吸收系數，c為濃度，L為光程），結合特征吸收峰的位置和強度，反演出氣體濃度。 二、氣體監測的關鍵技術設計1. 長光程氣室增強靈敏度   -痕量氣體檢測需長光程以增大吸收信號。常用**多次反射池**（如懷特池），通過鏡面反射將光程擴展至16–64 m，檢測限可達ppm至ppb量級。     -例如：溫室氣體監測中64 m光程可精準分析CO?、CH?等低濃度組分。2. 溫控與抗干擾設計     光源恒溫（40℃）：避免溫度漂移導致光譜偏移。     氣路伴熱（180℃）：防止煙氣冷凝及吸附損耗（如SO?、HCl等易溶于水氣體）。     鍍膜防腐蝕：反射池內壁鍍特氟龍或金膜，抵抗腐蝕性氣體（如工業煙氣中的酸性成分）。3. 光譜預處理與定量模型    基線校正：消除儀器漂移（如分段比校正法處理鏡面吸附導致的基線偏移）。     特征譜線篩選：通過Tikhonov正則化提取混合氣體中的特征吸收峰（如變壓器故障氣體中的C?/C?組分）。     定量算法：基于偏最小二乘法（PLS）建立濃度與吸光度的回歸模型，相關系數＞0.999，誤差＜1 mg/m3。 三、典型應用場景1. 工業排放監測   煙氣超低排放監測（SO?、NO?、HCl等），全程伴熱氣路避免采樣損失，與化學發光法等傳統方法一致性＞95%。  2. 環境大氣本底研究     溫室氣體（CO?、CH?、N?O）連續監測，對比CRDS技術精度相當但維護成本更低。  3. 安全應急與故障診斷   化工泄漏巡檢（500+種氣體數據庫支持30種同步掃描）、變壓器故障游離氣體（乙炔、乙烯）在線分析。 四、技術優勢與局限優勢：  多組分同步檢測（單次掃描30種氣體）；  非破壞性、無需復雜前處理；   高精度（分辨率達0.09 cm?1，信噪比50000:1）。  局限：  水汽（H?O）和CO?吸收干擾需干燥或算法扣除；  

設備成本高，需定期校準維護。不同測量模式對比模式                                                                              適用場景技術特點透射模式 固體壓片、液體/氣體池                               比爾定律直接定量，靈敏度高                                    KBr壓片測粉塵中硫酸根     衰減全反射(ATR)液體、粘稠樣品                                無需制樣，隱逝波穿透微米級深度                             涂料溶劑快速篩查     開放式遙測 污染源擴散、區域氣體分布                     無需采樣，直接分析煙羽或大氣                                化工廠泄漏成像掃描 五、總結氣體監測FTIR的核心是通過干涉儀生成干涉圖，再經傅里葉變換解析出氣體“指紋光譜"，結合長光程設計和高穩定性硬件實現痕量檢測。其技術演進集中于提升抗干擾能力（如溫控、鍍膜）與算法精度（PLS模型、基線校正）。盡管存在成本與干擾挑戰，其在環境、工業、安全領域的不可替代性持續推動國產化進程（如國產藍盾光電子FTIR系統）。