应用于实验室和野外环境的碳组分在线监测。此仪器可用于大气气溶胶中有机碳和元素碳的分析、空气污染来源解析、空气灰霾监测、空气质量监测及环境暴露（接触）量测定、室内气体暴露（接触）量评估监测、长期环境研究（诸如法规修改所至影响的研究等）等，具有光精度探测、系统自动控制及使用寿命长等特点。

含碳颗粒物的测量主要经历了三种测量方法：热学法、光学法、热光法。早在20世纪70年代，国际上就有了有关有机碳（organic carbon，OC）和元素碳（elemental carbon，EC）测量技术的研究。热学法是最早的OC和EC的测量方法，它为后来的热光法提供了有益的理论基础和实践经验。热学法的基本原理是在一定的载气条件下，逐级加热待测颗粒物滤膜，使颗粒物中的各种含碳组分依次从滤膜上逸出，并在二氧化锰或氧化铜等催化剂的作用下催化氧化成CO₂（或者还原为CH₄），再由检测器定量检测。热学法的优点是设备简单、易于操作，但是热学分析法一直无法解决热分析过程中有机碳向元素碳的炭化的问题，同时也不能保证在分析元素碳之前有机碳已经完全炭化，这些都给测量带来极大的不确定性。光学法是利用光学原理进行测量。光学法认为相对于EC的光吸收、颗粒物的其他成分对可见光的吸收忽略不计，其测量的实际是EC和吸光性OC的总和。文献中通常把光学法测量的EC称作BC。热光法是在热学法测量OC、EC的基础上，引入光学校正：以热分解过程中石英滤膜上的激光变化强度为依据，准确判断OC和EC的分割点，是国际上使用最广泛、公认较成熟的含碳颗粒物测量方法。热光法最具代表性的方法分别是NIOSH/TOT法（national institute for occupational safety and health/thermo optical transmittance）和IMPROVE/TOR法(interagency monitoring of protracted visual environments/thermo optical reflectance)，其中NIOSH/TOT法是美国国家环境保护局（US EPA）推荐的方法，也是美国唯一的由国家职业卫生安全研究所（NIOSH）颁布的DMP（diesel particulate matter）OC、EC的测量方法。

颗粒物有机碳元素碳在线分析仪主要由三个部分组成：样品炉和氧化炉及其气路系统、光学校正系统、电子学控制及数据处理系统（图1）。炉腔采用耐高温陶瓷砖设计，炉丝采用耐高温陶瓷纤维套管保护；样品炉和氧化炉采用石英烧制而成，最高使用温度可达1100℃；气路系统采用精准的电磁阀网络控制，载气流量标准偏差<2%；激光校正系统采用激光器追踪分解过程，实现OC/EC的精确分割；检测系统采用非色散红外检测器（NDIR），精度和时间分辨率高。

图1 颗粒物有机碳/元素碳在线分析仪

基于热光法原理的颗粒物有机碳/元素碳在线分析仪，根据OC、EC在不同温度下逸出速率不同的特性，使得颗粒物样品在特定的载气环境下逐级升温，进而碳质组分逐一挥发出来，并利用滤膜前后透射光强的变化对热分解过程中部分OC的炭化进行校正，准确区分OC、EC。仪器测量的具体过程为：①采集好颗粒物的待测石英滤膜首先在氦气的非氧化环境中逐级升温，使有机碳被加热挥发；②石英滤膜在氦气/氧气混合气环境中逐级升温，该过程中元素碳被氧化分解为气态氧化物；③两个步骤中所产生的分解产物都随着载气经过二氧化锰氧化炉被转化为CO₂，再由NDIR探测器定量检测；④整个过程中都有一束激光照在石英膜上。过程①中，由于部分OC的裂解，该透射光的强度会逐渐减弱；过程②开始后随着温度升高，热解碳和元素碳的氧化分解使该透射光增强。把透射光强度恢复到起始强度的时刻，定义为有机碳/元素碳的分割点（图2、图3）。

图2 颗粒物有机碳/元素碳在线分析仪主要结构原理图

图3 颗粒物有机碳/元素碳测量过程示意图