气体分析检测是保障安全生产、环境质量、人体健康乃至科学研究的重要手段，广泛应用于工业安全监测、环保监测、实验室分析、和生物医学等领域。气体分析方法种类繁多，各有优势与局限。相比于电化学法，光学方法拥有更高的灵敏度与精度，更快速的响应，更强的抗干扰能力。如今市面上常见的光学气体分析方法包括：NDIR，TDLAS，FTIR，NDUV等。

                                     

以上四种方法（NDIR，TDLAS，FTIR，NDUV）都是基于比尔-朗伯定律的，当一束平行单色光透过被测气体时，被测气体对特定波长的光具有吸收作用。吸收会造成能量的衰减，其吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。

                             

其中A为吸光度，I0为入射光强度，It为透射光强度，T为透射比/透光度，K为吸收系数，l为吸收介质的厚度，c为吸光物质的浓度。

 

3.1可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）

TDLAS是一种基于激光吸收光谱的高精度气体检测技术。TDLAS利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量。TDLAS的优势在于其非接触性和高灵敏度，能够实时监测气体浓度，且不受背景气体干扰。可采用多种调制方式，如波长调制、频率调制和相位调制等，以提高检测灵敏度和抗干扰能力。常用于O2、H2O、CH4和NH3等气体的检测。       

                 

 

TDLAS的系统组成：

TDLAS系统由可调谐二极管激光器（VCSEL）、气体吸收池、探测器（硅Si或铟镓砷InGaAs光电二极管等）和控制分析单元组成。可调谐二极管激光器发射特定波长的光，经气体吸收池到达探测器，采集系统采集信号并进行数据处理，计算出气体浓度值。

                                           

 

3.2非分散红外光谱法（NDIR）

NDIR技术因其简单易用而成为目前最常用的气体检测方法之一。与其他检测方法相比，NDIR技术的优势主要体现在其在3-16um波长范围内的强吸收能力。这种强吸收特性使得NDIR能够在较短的光程下，利用高性价的组件来检测相对低浓度的气体。常见的可检测气体包括CH4、CO2和CO等。

NDIR组成：

NDIR系统包括黑体光源、气室、探测器、放大电路以及数据处理器。光源可选择黑体光源或中红外LED。探测器有光子型和热型两种，可选择热释电、热电堆以及铅盐探测器（PbS和PbSe）等。

 

3.3 傅里叶变换红外光谱法（FTIR）

FTIR是一种用来获得固体、液体或气体的红外线吸收光谱的技术，是一种以高光谱分辨率收集大范围光谱数据的方法。FTIR的优点包括扫描速度快，分辨率高；光通量大，灵敏度高；光谱范围宽，测量精度高。

 

FTIR的系统组成：

FTIR主要由红外光源（黑体光源）、干涉仪（VCSEL 850/852nm激光器）、样品池、探测器（碲镉汞（MCT）或DLATGS材料的热释电探测器）以及计算机等组件组成。FTIR的运行流程可以概括为：光源发射红外线 – 干涉仪产生干涉光 – 干涉光通过样品到达检测器 – 探测器将光强转换为电信号 – 传入计算机进行数据处理。

与传统的氦氖激光器相比，VCSEL的优势包括单纵模输出、波长稳定性好、光束质量高（圆形对称光斑）、高发光效率以及高调制速度等优点。这使得VCSEL特别适合应用在要求低功耗、高速、集成度高的场景中。

3.4 NDUV（非分散紫外光谱法）

NDUV技术与NDIR相似，只不过其使用的光源与探测器位于紫外波段，常见的应用是测量臭氧在254nm处的吸收能力。