大气黑碳气溶胶（BC）是一种主要的环境污染物，会导致气候变暖并威胁呼吸系统和心血管健康，因此，对其进行准确量化对于协同污染控制至关重要。然而，黑碳主要呈亚微米级尺寸，且常与多组分杂质混合，导致复杂的光学耦合效应，阻碍了精确量化。此外，传统仪器通常昂贵且笨重，限制了其在快速现场检测和高密度部署方面的适用性。在此，我们提出了一种精确的黑碳量化系统，该系统集成了微流控芯片和多光谱衍射成像技术。首先，使用了一种集成惯性分离、低速鞘流调节和高压静电捕获的微流控芯片，以去除干扰颗粒并在成像区域内均匀富集亚微米级黑碳颗粒。随后，开发了一种无透镜衍射成像系统，用于在 400–800 nm 波长范围内获取气溶胶颗粒的超光谱衍射指纹。这些指纹不仅能够使黑碳与尺寸相似的干扰颗粒（包括微塑料和病原孢子）区分开来，还为定量分析提供了具有区分度的多光谱衍射特征。最后，将选定的空间 - 光谱特征输入到 BC-GCM 模型中，以建立多光谱衍射响应与黑碳浓度之间的映射关系。该系统实现了 92% 的最大富集效率。在 0.01–0.20 mg/m3 的浓度范围内，该模型的 R2 为 0.98，测试集的平均识别准确率为 84%。由于其结构紧凑且成本低廉，该平台在复杂大气环境中的快速现场响应和高密度黑碳监测方面显示出巨大潜力。
