一氧化碳（Carbon Monoxide，CO）是一種無色、無味且具有高度毒性的氣體，常見於燃燒不完全、工業製程及各類燃燒排放氣體中。由於一氧化碳不容易透過感官察覺，因此必須仰賴可靠的氣體偵測與分析技術，確保作業環境安全、製程品質及排放監測符合相關要求。

在眾多氣體分析方法中，**非分散式紅外線技術（Non-Dispersive Infrared，NDIR）** 是一種廣泛應用於一氧化碳濃度量測的技術，尤其適合燃燒排氣分析、工業製程監測及連續氣體分析系統。

本文將介紹 NDIR 一氧化碳分析儀的工作原理、技術優勢、適用範圍，以及選購 CO 氣體分析儀時應注意的關鍵規格。

一、什麼是一氧化碳（CO）？

一氧化碳是由一個碳原子與一個氧原子組成的化合物，化學式為 CO。它主要產生於含碳燃料不完全燃燒的過程，例如天然氣、汽油、柴油、煤炭及其他燃料的燃燒。

在工業環境中，CO 可能存在於鍋爐排氣、燃燒設備廢氣、熱處理製程及其他含碳物質反應產生的氣體中。適當監測 CO 濃度，有助於評估燃燒效率、控制製程條件及降低人員暴露風險。

一氧化碳的主要特性包括：

• 無色、無味：** 不容易透過人體感官察覺。
• 具有毒性：** 吸入過量可能導致頭痛、暈眩、意識障礙，嚴重時甚至危及生命。
• 常見於燃燒製程：** 可作為燃燒狀態及排放監測的重要參數。
• 可透過紅外線吸收進行分析：** CO 具有特定的紅外線吸收特徵，可用於非分散式紅外線（NDIR）濃度量測。

因此，選擇適合的 CO 偵測原理，是建立可靠氣體監測系統的重要環節。

二、NDIR 一氧化碳偵測原理是什麼？

NDIR（Non-Dispersive Infrared），中文稱為「非分散式紅外線」，是一種利用氣體分子吸收特定波長紅外線的特性，測量氣體濃度的分析技術。

其基本原理是：當紅外線通過含有一氧化碳的氣體樣品時，CO 分子會吸收特定波段的紅外線。當其他條件維持一致時，CO 濃度越高，特定波段的光吸收通常越強。分析儀便可根據光強度的變化，計算出樣品中的 CO 濃度。

CO 在約 4.6 μm 附近具有重要的紅外線吸收帶，這也是許多紅外線 CO 分析系統設計時會考慮的波段。實際採用的中心波長與量測性能，則取決於光學設計、濾光片、偵測器及儀器的整體配置。

NDIR 的核心原理：比耳－朗伯定律

NDIR 氣體分析通常可利用比耳－朗伯定律（Beer–Lambert Law）描述光線穿過吸收介質時的衰減關係：

I = I₀ × e⁻ᵅᴸ

其中：

- I₀：紅外線進入氣體樣品前的光強度。

- I：紅外線穿過氣體樣品後的光強度。

- α：與氣體吸收特性及濃度有關的吸收係數。

- L：有效光程長度。

在適用的量測條件下，吸光度與氣體濃度及光程長度具有近似線性關係。NDIR 分析儀會利用此關係，配合儀器校正及補償機制，將光學訊號轉換成 CO 濃度。

簡單來說，**NDIR 是透過測量 CO 對特定紅外線的吸收程度，來推算氣體中的一氧化碳濃度。**

三、NDIR 一氧化碳分析儀的工作流程

NDIR CO 分析儀的量測流程可分為以下幾個步驟：

• 1. 導入氣體樣品：** 將待測氣體送入分析儀的樣品室。
• 2. 發射紅外線：** 光源產生紅外線，並使其通過氣體樣品。
• 3. 吸收特定波長：** CO 分子吸收其特徵波段的部分紅外線能量。
• 4. 接收光學訊號：** 偵測器測量穿透氣體後的紅外線強度。
• 5. 計算 CO 濃度：** 分析系統根據吸收訊號、校正資料及必要的補償參數，計算 CO 濃度。
• 6. 輸出量測結果：** 以 ppm、百分比或其他適當單位顯示結果，並可依系統配置輸出訊號供監控或控制使用。

由於 NDIR 可設計為連續量測系統，因此適合需要長時間監測 CO 濃度變化的工業應用。

四、NDIR 偵測一氧化碳的優點

1. 適合連續氣體監測

NDIR 分析儀可持續測量氣體樣品，適用於鍋爐、燃燒設備、工業製程及排氣監測系統。

2. 具有良好的選擇性

透過選擇適當的紅外線波段，NDIR 可以針對 CO 的特徵吸收進行分析。與部分非光學感測方法相比，這種方式可提供良好的目標氣體辨識能力。

不過，實際選擇性仍取決於其他共存氣體的吸收光譜、濾光片設計、光程及訊號處理方式，不能完全排除交叉干擾。

3. 適用於多種工業環境

NDIR CO 分析技術可應用於燃燒排氣、工業製程及環境氣體監測。適當的樣品處理系統與儀器配置，也能協助應對不同的氣體溫度、濕度及壓力條件。

4. 不必依靠消耗性電化學反應量測

NDIR 是以光學吸收為主要量測機制，不需要像電化學感測器一樣，依靠電極上的化學反應產生量測訊號。

然而，這並不代表 NDIR 完全免維護。光源、偵測器、光學元件、樣品室及氣體取樣系統仍可能需要定期檢查、清潔或校正。

5. 可整合至自動化監測系統

許多工業氣體分析儀可依產品規格提供類比訊號、數位通訊或其他控制介面，方便將 CO 濃度資料整合至 PLC、DCS、SCADA 或工廠監控平台。

五、NDIR CO 分析儀適合哪些應用？

1. 鍋爐與燃燒排氣監測

CO 是評估燃燒不完全的重要指標之一。透過連續監測 CO 濃度，操作人員可了解燃燒狀態，並配合氧氣濃度及其他參數調整燃燒條件。

2. 工業製程氣體分析

在部分熱處理、化工及其他工業製程中，CO 濃度可能影響製程品質、安全性或反應條件。NDIR 可作為製程監測系統的一種選擇。

3. 環境與排放監測

在適合的量測範圍及儀器配置下，NDIR 可用於工業排放或環境氣體中的 CO 量測。若涉及法規排放監測，還須確認分析儀是否符合適用的法規、標準方法及性能要求。

4. 連續排放監測系統（CEMS）

NDIR 可整合至部分連續排放監測系統，用於持續追蹤 CO 濃度。實際系統仍須考慮樣品調理、濕度干擾、零點與跨度校正，以及當地法規要求。

5. 高純度氣體與半導體製程

若需要分析高純度氣體中的微量 CO，則必須進一步評估 NDIR 的偵測極限、背景氣體干擾、量測範圍與樣品處理條件。

一般工業用 NDIR 分析儀不一定適合 ppb 等級的痕量分析。對於超高純度氣體中的 CO，應比較具體產品的性能規格，並視需求評估其他紅外線光譜、雷射吸收或搭配適當分離技術的分析方法。

六、選購 NDIR 一氧化碳分析儀時，應注意哪些規格？

選購 CO 氣體分析儀時，除了確認採用 NDIR 技術之外，也應評估以下重要參數。

1. 量測範圍（Measuring Range）**

確認儀器是否涵蓋實際 CO 濃度，例如 0–100 ppm、0–1,000 ppm 或其他需求範圍。這些數值僅為規格示例，並非所有 NDIR 分析儀均具備相同範圍。

2. 偵測極限（Detection Limit）**

偵測極限代表儀器辨識低濃度訊號的能力。若應用需要測量微量 CO，應同時確認偵測極限、定量能力及規定條件下的量測不確定度。

3. 精度與重複性（Accuracy and Repeatability）**

精度與重複性會影響分析結果的可信度。選購時應確認規格所採用的定義、測試條件及校正方式。

4. 反應時間（Response Time）**

若需要快速掌握 CO 濃度變化，應確認儀器的 T90 反應時間，以及取樣管路、樣品室和氣體流量所造成的額外延遲。

5. 共存氣體干擾（Cross Interference）**

水氣、二氧化碳及其他共存氣體可能影響特定紅外線分析系統的量測結果。應確認製造商提供的干擾測試資料，以及是否需要乾燥、過濾或其他樣品處理措施。

6. 操作環境與樣品條件**

氣體溫度、壓力、濕度、粉塵及腐蝕性成分都可能影響儀器性能。若採用抽取式分析系統，還應考量取樣管路材質、洩漏風險、冷凝及樣品流量。

7. 校正與維護需求**

應確認零點與跨度校正的方式、建議週期、標準氣體要求，以及耗材、維修與校正服務的可取得性。

七、結論：NDIR 是工業 CO 量測的重要技術選項

NDIR 非分散式紅外線技術利用一氧化碳對特定紅外線波段的吸收特性，將光學訊號轉換為氣體濃度。由於其適合連續量測、可整合至工業監控系統，並能依不同光學設計滿足多種量測需求，因此廣泛受到工業氣體分析領域重視。

不過，選擇 CO 分析儀時，不應只比較量測原理，也必須同時評估量測範圍、偵測極限、干擾氣體、反應時間及實際操作環境。

對於燃燒排氣、工業製程與連續監測等應用，NDIR 是值得優先評估的技術之一；若目標是高純度氣體中的 ppb 或更低濃度 CO，則應進一步確認特定儀器的微量分析能力，並比較其他可行的分析方法。

選擇符合應用需求的氣體分析技術，才能有效提升 CO 量測的可靠性、製程控制能力與監測品質。