红外线气体分析器的两种滤光元件：滤波气室与干涉滤光片

光源发出的红外光通常是所谓广谱辐射，比被测组分的吸收波段要宽得多。此外，被测组分的吸收波段与样气中某些组分的吸收波段往往会发生交叉甚至重叠，从而对测量带来干扰。因此必须对红外光进行过滤处理，这种过滤处理称为滤光或滤波。

红外线气体分析器中常用的滤光元件有两种，一种是早期采用且现在仍在使用的滤波气室，一种是现在普遍采用的干涉滤光片。

（1）滤波气室

滤波气室的结构和窗口材料与气室基本相同，只是其中充干扰组分。例如，CO2的特征吸收波长为2.7~4.6 μm，CO的特征吸收波长为2.37~4.65 μm，而CH4的特征吸收波长为3.3~7.65 μm，如果测CO2浓度，因为它的特征吸收波长与CO和CH4的特征吸收波长范围有重叠部分，所以CO和CH4是CO2的干扰气体。同样道理，这三种气体中任一种气体是被测气体时，另两种气体就是干扰气体。因此，当要测这三种气体时，其滤波气室充气数据见表3.4。

表3.4　滤波气室充气数据

如果干扰组分是一种成分，则滤波气室充以100%的干扰组分。滤波气室装在测量侧，而参比侧则在参比室充以与滤波气室相同的组分。

滤波气室的结构和参比气室一样，只是长度较短。滤波气室内部充有干扰组分气体，吸收其相对应的红外能量以抵消（或减少）被测气体中干扰组分的影响。例如CO分析器的滤波气室内填充适当浓度的CO2和CH4，将光源中对应这两种气体的红外波长吸收掉，使之不再含有这些波长的辐射，则会消除测量气室中CO2和CH4的干扰影响。(www.xing528.com)

滤波气室的特点是：除干扰组分特征吸收峰中心波长能全吸收外，吸收峰附近的波长也能吸收一部分，其他波长全部通过，几乎不吸收。或者说它的通带较宽，因此检测器接收到的光能较大，灵敏度高。其缺点是体积比干涉滤光片大，一般长50 mm，发生泄漏时会失去滤波功能。在深度干扰时，即干扰组分浓度高或与待测组分吸收波段交叉较多时，可采用滤波气室。如果两者吸收波段相互交叉较少时，其滤波效果就不理想。当干扰组分多时也不宜采用滤波气室。

（2）干涉滤光片

滤光片是一种形式最简单的波长选择器，它是基于各种不同的光学现象（吸收、干涉、选择性反射、偏振等）而工作的。采用滤光片可以改变测量气室的辐射通量和光谱成分，消除或减少散射辐射和干扰组分吸收辐射的影响，仅使具有特征吸收波长的红外辐射通过。滤光片有多种类型，按照滤光原理可分为吸收滤光片、干涉滤光片等；按照滤光特点可分为截止滤光片、带通滤光片等。目前红外线气体分析器中使用的多为窄带干涉滤光片。

干涉滤光片是一种带通滤光片，根据光线通过薄膜时发生干涉现象而制成。最常见的干涉滤光片是法布里—珀罗型滤光片，其制作方法是以石英或白宝石为基底，在基底上交替地用真空蒸镀的方法，镀上具有高、低折射系数的膜层。一般用锗（高折射系数）和一氧化硅（低折射系数）作镀层，也可用碲化铅和硫化锌作镀层，或用碲和岩盐作镀层。

干涉滤光片可以得到较窄的通带，其透过波长可以通过镀层材料的折射率、厚度及层次等加以调整，现代干涉滤光片已发展到采用几十层镀膜，通带宽度最窄已达到0.1 nm左右。

干涉滤光片的特点是：通带很窄，其通带Δλ与特征吸收波长λ0之比Δλ/λ0≤0.07，所以滤波效果很好。它可以只让被测组分特征吸收波带的光能通过，通带以外的光能几乎全滤除掉。其厚度和体积小，不存在泄漏问题，只要涂层不被破坏，工作就是可靠的。一般在干扰组分多时采用干涉滤光片。其缺点是由于通带窄，透过率不高，所以到达检测器的光能比采用滤波气室时小，灵敏度较低。

综上所述，干涉滤光片是一种“正滤波”元件，它只允许特定波长的红外光通过，而不允许其他波长的光通过，其通道很窄，常用于分光式仪器中的分光，个别场合也用于非分光式仪器中的躲避干扰。滤波气室是一种“负滤波”元件，它只阻挡特定波长的红外光，而不阻挡其他波长的光，其通道较宽，常用于非分光式仪器中的滤光，当用于分光式仪器中的分光时，必须和干涉滤光片配合使用。

根据上述内容，从应用意义上看，窄带干涉滤光片是一种待测组分选择器，而滤波气室是一种干扰组分过滤器。