光學煙氣分析儀

光學煙氣分析儀是采用光學原理進行煙氣成分分析的儀器，主要包括紅外煙氣分析儀、紫外煙氣分析儀和激光煙氣分析儀。

紅外煙氣分析儀

紅外煙氣分析儀一般以非分散紅外吸收法(NDIR)為核心技術原理

當紅外光通過待測氣體時， 這些氣體分子對特定波長的紅外光有吸收， 其吸收關系服從朗伯-比爾(Lambert－Beer)吸收定律，通過光強的變化測出氣體的濃度

由于分子之間的振動，氣體分子在紅外波段具有不同的、特定的原子吸收波長，因此能夠通過測量特定波長下光學能量的吸收來探測氣體濃度。

在氣室內部，紅外光源發出紅外波段的光，光的能量被氣室內的氣體吸收，被吸收掉的總體能量與氣室中所有氣體的濃度成對應關系。輻射探測器由于集成了針對被測氣體特定波長的紅外濾光片，它僅僅對這一特定波長有響應。探測器得到的電信號與被氣體吸收掉的光能量成對應關系

紫外煙氣分析儀

紫外煙氣分析儀因其獨特的優勢而廣泛應用于與對二氧化硫、氮氧化物等的煙氣分析，它采用紫外差分吸收光譜法（DOAS）,相對于采用電化學原理制成的煙氣分析儀有很好的優勢，它不需要冷卻器和干燥器，且使用壽命較長。

何為DOAS？DOAS即紫外差分吸收光譜法，是一種光譜監測技術,其基本原理就是利用空氣中的氣體分子的窄帶吸收特性來鑒別氣體成分,并根據窄帶吸收強度來推演出微量氣體的濃度。根據郎伯一比耳定理I (K) =I 0(K) exp(2R(K) cL)，根據對監測光的吸收程度不同來監測污染因子的濃度。濃度c 的單位用molecule / cm3, 則氣體的吸收能力用吸收截面R( 單位: cm2/ molecule) 來表示。考慮到瑞利(Rayleigh) 散射、米氏(Mie) 散射以及大氣中其它物質的消光因素, 可以得到修正后的Lambert2Beer定律形式:I (K) = I 0(K) exp[ - L( Ei(R(K) ci) +ER(K) + EM(K) ) ]A(K)。

其技術關鍵在于將吸收截面Ri(K) 分解為兩部分:Ri(K) = Ri0(K) + Ri (K) ，Ri0(K) 表示吸收截面中隨波長緩慢變化的/ 寬帶0光譜部分( 低頻) , Ri(K) 表示吸收截面中隨波長快速變化的/ 窄帶0 光譜部分( 高頻) , 即差分吸收截面。定義I 0(K) 為不包含差分吸收時的光強:I 0(K) = I 0(K) exp[ - L( Ei(Rio(K) ci) +ER(K) + EM(K) ) ]A(K)，該式包含光譜強度的慢變化部分, 即消光、大氣紊亂、氣體的/ 寬帶0吸收結構以及系統傳輸函數等引起的光強變化。

定義Dc (K) 為差分吸收光譜, 可以表示為:Dc (K) = ln Ic0(K)I (K)= L# EiRci(K)#ci（該式中c為上標，表示差分）。其中, I (K) 就是測量得到的采樣光譜, Ic0(K) 則可通過提取出I (K) 的慢變化得到。因為差分吸收截面Rci(K) 可由文獻或實驗室測量的吸收截面Ri (K)計算得到, 光程長L 可通過激光測距等手段獲得,所以只要有相應的差分吸收光譜( 足夠多的數據點) , 利用Z小二乘, 就可以得到各種吸收氣體的濃度ci。

DOAS方法的核心是通過將待測氣體的吸收光譜和標準氣體的吸收截面進行差分處理，容而得到差分吸收截面和差分光學吸光度。

激光煙氣分析儀

激光煙氣分析儀用來進行連續工業過程和氣體排放測量，適合于惡劣工業環境應用，如鋼鐵各種燃爐、鋁業和有色金屬、化工、石化、水泥、發電和垃圾焚燒等。其原理如下

1.朗伯-比爾定律

因此，TDLAS技術是一種高分辨率的光譜吸收技術，半導體激光穿過被測氣體的光強衰減可用朗伯-比爾（Lambert-Beer）定律表述式中，IV，0和IV 分別表示頻率V的激光入射時和經過壓力P，濃度X和光程L的氣體后的光強；S（T）表示氣體吸收譜線的強度；線性函數g（v-v0）表征該吸收譜線的形狀。通常情況下氣體的吸收較小，可用式（4-2）來近似表達氣體的吸收。這些關系式表明氣體濃度越高，對光的衰減也越大。因此，可通過測量氣體對激光的衰減來測量氣體的濃度。

2.光譜線的線強

氣體分子的吸收總是和分子內部從低能態到高能態的能級躍遷相聯系的。線強S（T）反映了躍遷過程中受激吸收、受激輻射和自發輻射之間強度的凈效果，是吸收光譜譜線Z基本的屬性，由能級間躍遷概率經及處于上下能級的分子數目決定。分子在不同能級之間的分布受溫度的影響，因此光譜線的線強也與溫度相關。如果知道參考線強S（T0），其他溫度下的線強可以由下式求出式中，Q（T）為分子的配分函數；h為普朗克常數；c為光速；k為波爾茲曼常數；En為下能級能量。各種氣體的吸收譜線的線強S（T0）可以查閱相關的光譜數據庫。