大气中一氧化碳连续测定标准试验方法（非色散红外光谱法）（D3162-21）

📋 概述与适用范围

本标准（D3162‑21）由美国材料与试验协会空气质量技术委员会（ASTM D22）下属的环境大气与源排放分委会（D22.03）直接负责，2021年11月1日批准，2022年5月正式发布。最早于1973年作为标准首次发布，2020年曾重新批准，本次更新为编辑性修订。该标准已被美国国防部批准用于联邦采购，体现了其在环境监测领域的权威性与广泛适用性。

本试验方法适用于大气中一氧化碳浓度的连续测定。依据标准规定，可测定的浓度范围为0.6 mg/m³（对应体积分数0.5 ppm）至115 mg/m³（100 ppm）。此范围覆盖了城市环境本底至严重交通污染场景，同时也适用于工业边界与受控建筑的空气质量评估。方法检出限约为0.6 mg/m³（0.5 ppm），足以满足大多数环境卫生标准的要求。

标准明确采用国际单位制（SI）作为法定计量单位，括号内给出的数值与单位仅作为参考信息。使用者还需注意，所有安全防范、健康与环保措施以及法规限制的适用性均由用户自行负责，具体要求可参照标准第9节附加预防措施。本标准与其他ASTM大气标准形成完整体系，如术语标准D1356、采样规划规程D1357、单位换算规程D1914以及通用环境分析仪规程D3249等，在实施时需配合使用。

⚙️ 试验原理与方法

本方法的测量原理基于一氧化碳分子对4.7 µm波长处红外辐射的特征吸收。环境空气样品首先进入样品调节系统进行除尘、除湿等预处理，随后被引入非色散红外光谱仪。仪器利用一氧化碳在该波段的强吸收特性，通过比较样品气与参比气（或利用选择性检测器）的辐射强度差异，实现浓度的实时测量。

标准介绍了两种典型结构：一种是采用单光路设计，通过时间分隔或相关技术区分样品与参比信号；另一种是采用双光束结构，样品光束与参比光束分别通过样品池和参比池，并使用选择性检测器测量差值。现代仪器多采用气体过滤相关（GFC）技术，即在单样品池中，利用高浓度一氧化碳气体作为滤光器交替切入光路，使红外光束交替通过“过滤”与“未过滤”状态，从而消除其他气体（如水蒸气、二氧化碳）的干扰背景，显著提高测量精度与稳定性。

测量流程如下：经过调节的样气以恒定流量进入分析仪红外样品池；红外光源经调制后通过样品池到达检测器；检测器信号经放大器处理后转换为与一氧化碳浓度成正比的电信号；最终浓度值以模拟或数字方式输出至仪表和记录系统。仪器需定期用零点气体和已知浓度的标准气体进行校准，以确保测量准确性。方法要求连续测量，因此响应时间、滞后（上升时间/下降时间）是重要性能参数，标准中定义了下降时间为输入浓度阶跃减少后从初始响应达到最终响应90%所需的时间间隔。

📊 技术参数与指标

下表为核心技术参数汇总，数据直接来源于标准原文，使用者应严格遵循SI单位制进行记录与报告。

标准还引用了一系列配套文件，这些文件对于正确实施本方法至关重要。下表列出主要引用标准及其中文名称，便于使用者查阅。

🔬 工程应用与注意事项

本方法广泛应用于城市空气质量自动监测站、道路交通污染监控、工业区边界环境评价以及室内空气质量研究中。由于一氧化碳是燃烧不完全的主要产物，也是机动车排放的重要指标，连续监测数据可用于暴露评估、排放清单校验及污染趋势分析。与便携式传感器相比，非色散红外光谱法具有抗干扰能力强、稳定性好、量程宽等优势，尤其适合长期无人值守运行。

实际工程中需重点关注以下几个要点：

• 样品调节系统：必须配备高效除湿和颗粒过滤装置，防止冷凝水或灰尘进入光学池导致测量偏差。若环境湿度极高，可考虑采用渗透干燥管或冷却除湿器。
• 校准与漂移管理：建议每日进行一次零点检查和跨度检查（使用约80%量程的标准气体）。如发现漂移超过2%满量程，需重新校准并记录。对于无人站，应增加自动校准频率。
• 干扰气体控制：除水蒸气、二氧化碳外，甲烷等碳氢化合物在4.7 µm区域也有微弱吸收。当背景甲烷浓度剧烈波动时（如垃圾填埋场附近），建议加装选择性过滤器或采用气体过滤相关技术进行补偿。
• 温度压力补偿：一氧化碳的红外吸收受气体密度影响，需实时测量样品池内的温度和压力，并按照理想气体状态方程将浓度折算到标准状态（25℃、101.325 kPa）下发布数据。
• 数据记录与处理：连续监测系统应具备分钟均值、小时均值的自动统计功能，并记录校准事件、异常标记。原始数据保存时间不少于一年，以便溯源核查。

❓ 常见问题解答