一碳发酵是以CO、CO₂、CH₄等一碳化合物为底物的生物转化过程，在清洁能源生产、废弃物资源化利用等领域具有重要价值。发酵尾气的成分与浓度变化直接反映微生物代谢状态和发酵进程，精准监测尾气参数是优化工艺条件、提升产物产量与质量的关键。目前，一碳发酵尾气监测已形成多种成熟技术，各有其适用场景与技术特点，下文将对主要监测方法进行详细阐述。

一、拉曼气体分析技术

拉曼气体分析技术基于拉曼散射效应，利用不同气体分子具有独特的拉曼光谱指纹，通过检测散射光的频率变化实现气体成分识别与浓度定量。该技术可同时测量多种气体组分，包括H₂、CO、CO₂、CH₄等一碳发酵尾气中的核心成分，无需对样品进行复杂预处理。

在一碳发酵监测中，拉曼气体分析技术具备实时在线监测能力，响应时间可控制在1秒以内，能快速捕捉尾气成分的动态变化，为发酵过程的实时调控提供及时数据支撑。其检测范围较广，可覆盖从微量到常量的浓度区间，且不受气体湿度等环境因素的显著影响，适用于不同规模的发酵体系。此外，该技术采用光学检测方式，属于非侵入式监测，不会对发酵过程造成干扰，保障了发酵体系的稳定性。

鉴知®RS2600气体分析仪基于激光拉曼光谱原理，可检测除惰性气体外的所有气体，可实现多组分气体同时在线分析。

石油化工：CH4、C2H6、C3H8、C2H4等烃类气体

氟化工：F2、BF3、PF5、HCl、HF等腐蚀性气体

冶金行业：N2、H2、 O2、 CO2、 CO等气体

生物制药：H2S、NH3、CH4、CO2等发酵尾气

科学研究：H2、D2、T2、HD、HT、DT等同位素气体

技术优势：

多组分：多组分气体同时监测

灵敏度高：定量范围ppm~100%，灵敏度为同类产品100倍

适用广：500+种气体可测，可检测除惰性气体外的所有气体

秒级响应：单次检测时间< 2s

维护简单：可耐受高压，直接检测无耗材

二、红外气体分析技术

红外气体分析技术是发酵尾气监测中应用广泛的传统方法，核心原理是利用气体分子对特定波长红外线的特征吸收，依据朗伯-比尔定律，通过吸收强度计算气体浓度。不同气体分子的红外吸收峰存在差异，可实现对特定组分的精准检测。

在一碳发酵尾气监测中，该技术常用于CO₂和O₂的常规监测。其中，CO₂在2.6–2.9 μm和4.1–4.5 μm波段存在特征吸收峰，可通过不分光红外分析法实现高效检测；O₂则可通过顺磁法或电化学法结合红外检测系统完成监测，顺磁法利用氧气的高磁敏感性测量磁场偏转程度，电化学法则通过氧分子在电极上的电化学反应电流推算浓度。该技术具备稳定性好、操作简便、成本适中的特点，可实现1-4个发酵罐的同时在线监测，能结合检测数据计算摄氧率、二氧化碳释放率等关键代谢参数，为发酵过程优化提供基础数据。

三、气相色谱法

气相色谱法是一种基于组分分离的精准检测技术，通过将待测尾气样品注入色谱柱，利用不同气体组分在固定相和流动相之间分配系数的差异实现分离，再通过检测器完成浓度定量。该技术可同时测定一碳发酵尾气中的H₂、CH₄、CO、CO₂等多种组分，分离效果好，检测精度高。

在实际应用中，气相色谱法需先通过标准气体标定建立浓度与出峰面积的响应关系，再对样品进行检测。其检测条件需严格控制，包括色谱柱温度、载气流速、进样口温度等参数，通常采用氮气作为载气，搭配热导检测器完成检测。该技术适用于对发酵尾气进行精准的组分分析，尤其适合实验室阶段的工艺研究和发酵过程的离线验证，但操作流程相对复杂，检测周期较长，难以满足实时在线监测的需求，多应用于对监测精度要求较高的场景。

四、质谱法

质谱法通过将尾气样品电离形成离子，利用电场和磁场将离子按质荷比分离，再通过检测器检测离子信号实现成分分析与浓度测定。常见的质谱仪类型包括四极杆质谱、飞行时间质谱等，其中四极杆质谱在气体分析中应用较为广泛。

该技术具备检测范围广的优势，可同时检测包括H₂、CO、CO₂、CH₄在内的多种气体，还能捕捉尾气中的挥发性含氮物、含硫物及醇、醛、酸等有机物，为深入探究一碳发酵过程中碳、氮、硫元素的代谢状态提供全面数据。质谱法响应速度快，响应时间可小于20毫秒，灵敏度高，检测极限可达1 ppm以下，能精准捕捉微量组分的变化。但该技术设备成本较高，操作维护复杂，对操作人员专业要求较高，目前主要应用于需要深入探究代谢规律的发酵工艺研发阶段，为工艺优化和中试放大提供数据支撑。

结语：

综上，一碳发酵尾气监测方法各具特色，拉曼气体分析技术凭借实时在线、多组分同时检测的优势适用于过程调控，红外气体分析技术适合常规组分的稳定监测，气相色谱法可满足精准离线分析需求，质谱法则适用于深度代谢研究。在实际应用中，需根据发酵规模、监测需求和成本预算合理选择监测方法，或采用多种技术联用的方式，实现对发酵过程的全面精准把控，推动一碳发酵技术的高效应用与发展。