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呼出内源性气体具有与人体生理代谢密切相关的标志性信息,通过检测相应呼出气体成分与浓度可对疾病进行快速无创诊断。可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）作为一种高灵敏、高特异性及测量系统简单稳定的光谱学测量方法,易于实现呼出气体的实时在线检测。本文应用TDLAS对基于中红外吸收光谱呼气检测中的关键技术进行了研究,具体工作如下:第一,呼出气体激光光谱检测系统的设计与验证。针对呼气分析中高灵敏、快速响应、方便取样和多组分同时检测的实际需求,选择辐射波长为9.56μm的量子级联激光器（QCL）作为光源,其扫描范围内可覆盖氨气、乙烯和二氧化碳等气体的吸收。在研究了QCL调制特性的基础上,基于长光程小体积的环形气体吸收池,集成开发了一套包含呼气采集等模块的实时在线气体检测系统。采用一次谐波归一化二次谐波的波长调制光谱（WMS-2f/1f）技术实现气体免标定测量。通过氨气和乙烯混合气体的测量实验,验证了系统的可行性和有效性。结果表明,氨气和乙烯的最低检测限分别为7.4ppb和44.7ppb,对应的最佳积分时间分别为4.52s和3.12s。第二,基于多谱线拟合算法、BP神经网络算法的多组分气体浓度反演。利用Hitran光谱数据库中氨气和乙烯的谱线参数并结合提前测得的QCL特性,编写了WMS-2f/1f仿真软件,采用多谱线拟合算法并构建了主成分分析（PCA）特征提取方法结合误差反向传播人工神经网络（BPANN）分类算法模型,分别对仿真数据和实验数据进行多组分气体的识别与浓度反演,证明了两种算法对多组分气体同时定性及定量分析的可行性;通过对比结果得到,在算法运行时间和浓度反演精度方面,神经网络算法更具有优越性。第三,人体呼吸二氧化碳的激光光谱检测。采用呼气中含量较高的CO2为目标气体进行实际的呼气分析检测,选择CO2位于1045.02cm-1的吸收谱线作为目标谱线,然后对受试者呼吸二氧化碳浓度实现了实时在线测量。最后,对呼吸CO2测量系统的性能指标进行了分析,在40ms时间分辨率下系统检测灵敏度达25.35ppm;在最佳积分时间为0.465s处,系统检测限为7.7ppm,且系统线性拟合度高达0.99988。综上所述,本文对基于中红外激光吸收光谱的呼气检测中系统设计、多组分浓度反演等关键技术进行了研究,为呼气分析和疾病诊断研究奠定了基础。