HORIBA APMA-370 一氧化碳监测仪：基于NDIR交叉调制技术的痕量CO连续监测

一、HORIBA与大气监测仪器的技术传承

HORIBA（株式会社堀场制作所）成立于1953年，由堀場雅夫在日本京都创立，是的分析仪器制造商。公司早在1957年便推出了GA系列红外线气体监测仪，由此开启了在气体分析领域的技术积累。经过七十余年的发展，HORIBA的业务覆盖汽车研发、过程与环境监测、体外医疗诊断、半导体生产等多个领域，在全球27个国家设有49家分公司。

在大气环境监测领域，HORIBA的AP-370系列痕量气体监测仪是其超过50年空气污染监测经验的技术结晶。该系列仪器基于痕量浓度气体分析技术，能够实现从ppb级到ppm级的高精度连续分析，符合环境空气质量监测的法规要求。AP-370系列共包含五款专业机型，分别针对不同污染物的监测需求：APNA-370（氮氧化物）、APSA-370（二氧化硫）、APOA-370（臭氧）、APMA-370（一氧化碳）以及APHA-370（碳氢化合物）。其中，APMA-370是专门用于环境空气中一氧化碳（CO）浓度连续监测的痕量气体分析仪。

二、测量原理：非分散红外吸收法的技术演进

2.1 核心测量原理

APMA-370采用非分散红外吸收法（Non-Dispersive Infrared，NDIR）作为基本测量原理。该原理基于CO分子对特定波长红外辐射的特征吸收特性——CO分子在4.67μm波长附近具有强红外吸收峰，其吸收强度与气体浓度之间遵循Beer-Lambert定律。仪器通过比较样品气体与参比气体对红外能量的吸收差异，即可定量计算出样气中的CO浓度。

APMA-370在传统NDIR技术的基础上引入了交替流动调制型红外吸收技术。与常规NDIR仪器需要频繁进行光学校准不同，该技术使得仪器无需进行繁琐的光学调整，从而获得了高的稳定性和灵敏度。

2.2 交叉调制法实现长期稳定性

交叉调制（Cross Modulation）法是APMA-370实现长期稳定运行的核心技术之一。该技术通过交替切换样品气路与参比气路，使红外光路中的气体周期性变化，从而有效抵消光学系统和电子元件的漂移影响。交叉调制法的优势在于，即使光学部件存在缓慢的劣化或污染，测量结果的稳定性也不会受到显著影响，这对于需要长期连续运行的空气质量监测站尤为重要。

2.3 AS型干扰补偿检测器与动态参比气体

环境空气中存在多种可能对CO测量产生干扰的成分，其中以水蒸气（H₂O）和二氧化碳（CO₂）的干扰最为显著。APMA-370采用了创新的AS型干扰补偿检测器来解决这一问题。该检测器配合流动的参比气体技术，通过将样气中的CO在催化剂作用下氧化为CO₂，生成“零CO"的参比气体。由于这一过程使用样气本身作为参比气源，参比气体与样品气体具有相同的水蒸气、CO₂等干扰背景，仅CO含量存在差异。因此，干扰成分对测量光路的影响被有效扣除，从而保证了CO测量的高精度和准确性。

2.4 气体滤波相关轮与长光程设计

APMA-370在光学设计中采用了气体滤波相关轮（Gas Filter Correlation Wheel, GFC）技术。该相关轮设有两个气室——一个充满高浓度CO气体的气室和一个不含CO的空白气室。高能量红外光交替通过这两个气室，实现对CO特征吸收光谱的精密解析，有效排除了其他气体成分对测量结果的影响。同时，APMA-370配置了长达14米的有效光程，这一设计保证了即使在痕量浓度条件下也能获得足够的光吸收信号，显著提升了仪器的低浓度检测能力。

2.5 内部干法采样系统

APMA-370配备独立的内部干法采样装置，这是其区别于传统湿法采样设备的重要特征。干法采样能够连续监测和即时分析处于未改变状态的气体，避免了湿法采样中因溶解吸收或化学反应导致的气体成分变化。由于无需化学试剂和复杂的预处理系统，干法采样大大降低了仪器的维护要求，使其成为大气污染监测领域的主流方法。此外，仪器采用恒定流量的临界孔设计，并内置压力和温度补偿机制，进一步保障了采样流量的稳定性和测量结果的可靠性。

2.6 抗干扰与长期可靠性设计

APMA-370的光学系统设计充分考虑了长期运行中的污染问题。仪器没有使用反射镜等易于吸附外界杂质的部件，从而有效避免了光学元件表面因杂质附着而导致的信号衰减。这一设计使得光学系统能够始终保持洁净状态，确保即使长期连续使用也能向用户提供稳定可靠的监测结果。

三、技术规格与性能参数

APMA-370的各项技术指标均达到或超过国际标准要求。表1汇总了该仪器的主要技术规格：

数据来源：综合整理自产品技术资料

四、法规认证与符合性

APMA-370的设计和制造严格遵循国际标准与法规要求，获得了多项认证。该仪器符合JIS B 7951《大气中一氧化碳自动测量仪》标准中规定的非分散红外吸收法测量要求。在电磁兼容性方面，APMA-370符合EN 61326-1 B级标准（工业电磁环境）和BS EN 61326-1 B级标准，安全性满足EN 61010-1要求，RoHS符合EN IEC 63000标准。此外，APMA-370还通过了TÜV认证（编号TÜV936/21204643/B），符合EN 14626标准要求。

在等效方法认证方面，美国EPA已将HORIBA APMA-370环境CO监测仪列为参考等效方法，在20℃至30℃环境温度范围内、满量程固定测量范围0-50 ppm、自动量程切换关闭条件下运行（等效编号RFCA-0506-158）。AP-370系列监测仪同样获得了欧洲机构和美国EPA的参考方法批准。

五、操作与维护特性

5.1 人机交互界面

APMA-370配备了大型LCD触摸屏显示器（117 mm × 88 mm），采用背光设计，测量值可显示4位有效数字。用户可通过触摸屏直观查看检测值、当前量程、报警状态和维护画面等信息。系统支持英语、德语、法语和日语四种语言，并具备密码保护功能以防止未经授权的访问。

5.2 数据存储与通信

APMA-370提供了丰富的数据管理和通信功能。仪器内置存储器可存储不同时间尺度的平均值、校准历史记录和报警历史记录，并配有CF卡插槽用于扩展数据存储容量。在通信接口方面，仪器提供0-1V/0-10V/4-20mA模拟输出（可输出瞬时值、累积值或动态平均值）、接点输入/输出、RS-232C串口，并可选配局域网和以太网通信端口。通过远程软件，用户可以实现对仪器的远程操作和数据采集。

5.3 报警与自诊断

APMA-370具备完善的报警和自诊断功能。系统可监测零点校正错误、量程校准错误、催化剂精制器温度异常、电源故障、气路压力错误等多项状态，并在异常发生时发出报警信号。连续自检功能确保仪器在无人值守状态下能够可靠运行。

六、应用案例

APMA-370已在全球多个国家和地区的空气质量监测网络中部署应用。在韩国济州岛Gosan监测站，APMA-370被用于CO和O₃的联合观测，为研究东北亚地区污染物排放特征提供了基础数据。在玻利维亚Chacaltaya全球大气观测站，APMA-370在2011年至2020年期间持续运行，用于测量0-50 ppm量程的环境空气CO浓度。在国内，衡水市生态环境局在其“十四五"细颗粒物与臭氧协同控制监测网络能力建设项目中，采用了包括APMA-370在内的AP-370系列多组分气体分析仪，构建了完整的环境空气质量监测系统。此外，在石油行业，TATWEER Petroleum公司接收的移动式环境空气质量监测站中，也集成了AP-370系列监测仪用于CO的现场监测。

七、技术定位与后续发展

APMA-370是HORIBA AP-370系列中针对一氧化碳监测的专业型号。该系列作为HORIBA多年大气监测经验的技术结晶，在大气痕量气体监测领域确立了可靠的技术地位。2024年，HORIBA发布了新一代AP-380系列分析仪，其中APMA-380作为APMA-370的技术升级型号，在继承交叉调制NDIR原理的基础上，将量程扩展至0-300 ppm（六段可选），进一步提升了产品的适用范围和测量灵活性。APMA-370与APMA-380之间形成了清晰的产品代际关系，体现了HORIBA在大气监测仪器领域的持续技术创新与迭代能力。

八、结论

HORIBA APMA-370是一款技术成熟、性能可靠的大气一氧化碳连续监测仪。该仪器以非分散红外吸收法为基础测量原理，融合了交替流动调制技术、AS型干扰补偿检测器、气体滤波相关轮和长光程光学设计等多项创新技术，有效解决了环境空气中CO痕量测量的精度要求和干扰抑制难题。其内部干法采样设计降低了维护频率，丰富的通信接口和自诊断功能满足了现代化空气质量监测站对数据采集和远程管理的需求。APMA-370符合JIS、EN、EPA等多项国际标准与法规要求，已在全球多个国家和地区的大气监测网络中得到实际应用验证。作为HORIBA大气监测仪器产品线中的重要组成部分，APMA-370体现了该公司在痕量气体分析领域深厚的技术积累，为环境空气质量监测提供了可靠的技术解决方案。