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呼吸气体诊断是疾病早期诊断和人体的健康状况或新陈代谢过程监测的一种有效手段之一。即使是病情严重的老人或新生儿，也可轻松收集样品，它为医生和患者提供实时结果，这对于早期疾病的诊断具有重要的意义。呼吸过程中CO2含量变化及呼吸末CO2的含量对一些疾病早期诊断和对人体生理状况监测具有重要的作用。而呼吸气体中CO2同位素比率对幽门螺旋杆菌感染程度的监测具有重要的意义。本文以CO2及其同位素为待测气体，对基于TDLAS的中红外波导管传感器呼吸气体检测技术进行了研究。论文的主要工作包括：
第一，采用2.73μm处的DFB激光器作为激光光源，搭建了一套基于中空波导管(Hollow Waveguide，HWG)的呼吸末CO2检测系统。选取3661.637cm-1处的吸收谱线对呼吸气体中CO2进行实时测量。然后研究了聚焦耦合和直接耦合配置对系统稳定性的影响，考虑激光光斑尺寸(由孔径光阑调制)对直接耦合配置的影响，最后探索激光与HWG、HWG与探测器的耦合对系统稳定性的影响。结果表明，在最佳积分时间为26s时，检测极限为1.7ppmv，对应的探测灵敏度为1.3×10-8cm-1·Hz-1/2。因此该系统能够实现对呼吸气体中CO2的高精度检测。
第二，在上述的基础上，搭建了一套基于HWG的呼吸气体中CO2及其同位素丰度检测系统。选取3660.7684cm-1、3661.0834cm-1和3661.4948cm-1处的吸收谱线为目标谱线，采用直接吸收光谱(Direct Absorption Spectroscopy，DAS)技术对呼吸气体中12CO2、13CO2和18OC16O进行同时测量，然后确定呼吸气体中CO2同位素比率。结果表明，在最佳积分时间为734s的条件下，δ13C和δ18O的测量精度分别可达到2.20‰和1.98‰；采用Kalman滤波后，在0.54s内δ13C和δ18O的测量精度分别为5.45‰和4.88‰。
第三，在基于DAS的同位素丰度检测系统的基础上，采用免标定波长调制光谱技术对呼吸中CO2及同位素进行同时测量，然后确定呼吸气体中CO2同位素比率。结果表明，在最佳积分时间为131s下，δ13C和δ18O的测量精度可分别达到0.26‰和0.57‰。采用Kalman滤波后，在0.54s内δ13C和δ18O测量精度分别为1.98‰和1.72‰。因此，基于HWG的检测系统既满足实时呼吸气体检测的需求，也能实现对呼吸气体的高精度测量，对临床呼吸检测具有实际意义。
第一，采用2.73μm处的DFB激光器作为激光光源，搭建了一套基于中空波导管(Hollow Waveguide，HWG)的呼吸末CO2检测系统。选取3661.637cm-1处的吸收谱线对呼吸气体中CO2进行实时测量。然后研究了聚焦耦合和直接耦合配置对系统稳定性的影响，考虑激光光斑尺寸(由孔径光阑调制)对直接耦合配置的影响，最后探索激光与HWG、HWG与探测器的耦合对系统稳定性的影响。结果表明，在最佳积分时间为26s时，检测极限为1.7ppmv，对应的探测灵敏度为1.3×10-8cm-1·Hz-1/2。因此该系统能够实现对呼吸气体中CO2的高精度检测。
第二，在上述的基础上，搭建了一套基于HWG的呼吸气体中CO2及其同位素丰度检测系统。选取3660.7684cm-1、3661.0834cm-1和3661.4948cm-1处的吸收谱线为目标谱线，采用直接吸收光谱(Direct Absorption Spectroscopy，DAS)技术对呼吸气体中12CO2、13CO2和18OC16O进行同时测量，然后确定呼吸气体中CO2同位素比率。结果表明，在最佳积分时间为734s的条件下，δ13C和δ18O的测量精度分别可达到2.20‰和1.98‰；采用Kalman滤波后，在0.54s内δ13C和δ18O的测量精度分别为5.45‰和4.88‰。
第三，在基于DAS的同位素丰度检测系统的基础上，采用免标定波长调制光谱技术对呼吸中CO2及同位素进行同时测量，然后确定呼吸气体中CO2同位素比率。结果表明，在最佳积分时间为131s下，δ13C和δ18O的测量精度可分别达到0.26‰和0.57‰。采用Kalman滤波后，在0.54s内δ13C和δ18O测量精度分别为1.98‰和1.72‰。因此，基于HWG的检测系统既满足实时呼吸气体检测的需求，也能实现对呼吸气体的高精度测量，对临床呼吸检测具有实际意义。