日本HORIBA氮氧化物监测仪的工作原理

日本HORIBA（堀场制作所）作为分析仪器制造商，其氮氧化物（NOx）监测仪主要基于化学发光法（CLD，Chemiluminescence Detection） 和非分散红外法（NDIR） 等原理，其中化学发光法是用于高精度NOx测量的核心技术。以下是详细工作原理说明：

1. 化学发光法（CLD）原理

HORIBA的NOx监测仪（如CLA系列）广泛采用化学发光法，专门用于测量NO（一氧化氮）和总NOx。

工作原理步骤：

• NO与O₃反应：
  采样气体中的NO与仪器内部产生的臭氧（O₃）在反应室中混合，发生以下化学反应：

  $$\text{NO}+{\text{O}}_3\to {\text{NO}}_2^{\ast }+{\text{O}}_2$$

  生成的NO₂分子处于激发态（NO₂⁺）。

• 发光检测：
  激发态的NO₂⁺在返回基态时，会释放出特定波长的光（近红外光，波长590–2500 nm）。
  发光强度与NO浓度成正比，通过光电倍增管（PMT） 检测光信号，即可计算出NO浓度。

• NOx（总氮氧化物）测量：
  若要测量总NOx（NO + NO₂），需先将气体通过钼催化剂转换器，将NO₂还原为NO：

  $${\text{NO}}_2\stackrel{\text{催化剂}}{\to }\text{NO}+\frac{1}{2}{\text{O}}_2$$

  再通过上述CLD法测量转换后的NO浓度，即为总NOx值。
  NO₂浓度通过差值计算：

  $${\text{NO}}_2=\text{NOx}-\text{NO}$$

技术特点：

• 高灵敏度与准确性：检测下限可达ppb（十亿分之一）级别。

• 抗干扰性强：其他气体（如CO₂、CO）不参与发光反应，几乎无交叉干扰。

• 快速响应：适用于汽车尾气、工业排放等动态监测。

2. 非分散红外法（NDIR）

HORIRA的部分多组分气体分析仪（如VIA-510系列）采用NDIR原理测量NO等其他气体，但NDIR对NO₂的灵敏度较低，因此NOx监测仍以CLD为主。

• 原理：不同气体吸收特定波长的红外光，通过检测红外光源通过气体后的衰减程度，计算气体浓度。

• 应用场景：常用于固定污染源排放监测，配合CLD或电化学传感器使用。

3. 仪器典型结构

HORIBA NOx监测仪通常包含以下模块：

1. 采样系统：过滤粉尘、除湿等预处理。

2. 反应室与臭氧发生器：CLD核心反应区域。

3. 光电检测器（PMT）：将光信号转换为电信号。

4. 催化剂转换器：用于NO₂还原（可选模块）。

5. 信号处理器与控制器：数据计算和输出。

4. 应用领域

• 汽车尾气检测：符合排放标准（如欧标、国标）。

• 工业过程控制：火力发电、化工等行业的NOx排放监测。

• 环境空气质量监测：城市监测站、科研机构。

5. 优势与技术创新

• 自动校准功能：内置零点和跨度校准，确保长期稳定性。

• 多组分同时测量：可集成CO、CO₂、THC等监测模块。

• 耐腐蚀设计：适应高温高湿或腐蚀性气体环境。

总结

HORIBA的NOx监测仪以化学发光法（CLD） 为核心，通过NO与O₃反应产生的化学发光来高精度测量NO/NOx浓度，结合催化剂转换技术实现NO₂的间接测量。该技术因其灵敏度高、抗干扰性强，成为环境监测和工业过程控制领域的国际标准方法之一。