1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
3 中国科学院区域大气环境研究卓越创新中心，福建 厦门 361000
4 中国科学院大学，北京 100049
5 安徽医科大学药学院，安徽 合肥 230032
HOx(OH, HO2)自由基是大气中重要的氧化剂, 准确测量大气HOx自由基的浓度对研究大气光化学反应机理有着重要作用。 气体扩张激光诱导荧光技术(FAGE)已广泛应用于HOx自由基的外场观测, 准确标定是FAGE系统准确测量大气HOx自由基的重要前提。 介绍了一种可以产生准确OH和HO2自由基浓度的便携式湍流标定系统。 该系统是基于低压汞灯产生的185 nm线辐射处于湍流状态的H2O和O2产生一定浓度的HOx自由基。 该系统中产生的自由基浓度分布均匀, 适用于多种平台的系统标定。 为了准确计算出湍流标定装置中产生HOx自由基的浓度, 分别开展了氧气和水汽吸收截面的测量。 利用高精度的腔衰荡光谱(CRDS)系统测量臭氧浓度, 并用冷镜式露点仪对温湿度计测量水汽的浓度进行修正, 提高标定系统HOx自由基浓度计算的准确度。 为了便携化湍流标定系统的外场应用, 快速获取标定系统中产生的HOx自由基的浓度, 测量了用于探测汞灯光强的光电倍增管的灵敏度因子, 实现用汞灯光强代替标定系统中产生的臭氧浓度。 考虑到HOx自由基的活性比较高, 在湍流标定系统传输的过程中会有一定的壁碰撞损失, 通过改变汞灯和标定装置出气口之间的距离对HOx自由基在标定系统中的壁碰撞损失进行定量测量。 将搭建好的湍流标定系统应用于基于气体扩张激光诱导荧光技术HOx自由基探测系统(FAGE-HOx)的准确标定测试, 根据OH自由基在标定系统中的壁碰撞损失对FAGE系统中探测的OH自由基荧光数进行修正, 实验结果表明修正后的OH自由基荧光数和OH自由基浓度之间有着良好的相关性, 这说明HOx自由基湍流标定系统具有很好的准确性, 并且体积小方便携带, 适用于外场复杂环境条件下的系统标定。
湍流标定系统 HOx自由基 气体扩张激光诱导荧光技术 Turbulent calibration system HOxradical FAGE 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2384
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 安徽医科大学药学院, 安徽 合肥 230032
4 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230601
5 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 23003
6 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
氮氧化物是大气中一种重要的痕量气体, 影响大气的氧化性, 危害人和动物的生理健康、 导致光化学烟雾、 灰霾、 酸沉降等环境问题。 近年来随着我国经济的迅速发展, 能源消耗量的不断增加, 氮氧化物的排放量居高不下, 因此研究氮氧化物在大气中的含量及其化学性质具有非常重要的意义。 氮氧化物(NOx)的探测方式非常多样, 但总活性氮氧化物(NOy)的测量方式一直以来以催化转化化学发光法(CL)为主, 本文介绍了一种热解双通道腔衰荡光谱技术(TD-CRDS)同步测量大气中NO2和NOy浓度的方法。 优化了热解装置的性妮, 确定了NO2的有效吸收截面, 分析了系统可能存在的干扰(H2O、 乙二醛、 NH3、 N2O等), 探讨了系统的探测限(NO2腔: 8.72×108 molecules·cm-3; NOy腔: 9.71×108 molecules·cm-3)及误差(NO2的测量误差: 5%, NOy的测量误差: 12%)。 另外, 为了验证系统的性能, 将CRDS与长光程差分吸收光谱(LP-DOAS)同步测量了环境气体NO2浓度, 相关性系数r为0.960; 与Model 42i-NOy分析仪开展环境大气NOy的对比测量, 相关性系数r为0.968, 均具有较好的一致性。 在合肥科学岛综合楼顶楼开展了为期一周的外场观测, 测量期间NO2和NOy的平均浓度分别为0.411×1012和0.773×1012 molecules·cm-3 , 通过平均日变化图发现NO2与NOy浓度具有相似的变化趋势, 一般于10:00开始下降, 15:00达到最低值。 CRDS技术因其高灵敏度、 高时间分辨率已成为一种新型简便地测量环境大气中总活性氮氧化物的方法。
腔衰荡光谱 热解 催化转化化学发光法 Cavity ring down spectrometer Thermal dissociation NO2 NO2 NOy NOy Catalytic conversion chemiluminescence 光谱学与光谱分析
2020, 40(6): 1661
1 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院， 广西 桂林 541004
2 广西光电信息处理重点实验室， 广西 桂林 541004
为了研究气溶胶介质多次散射效应对区域内偏振光传输特性的影响，通过CE318太阳分光计实测数据反演得到了区域内气溶胶微物理光学特性参数(光学厚度、粒子复折射率、粒子谱分布)。利用蒙特卡罗矢量辐射传输模型系统分析了粒子复折射率、粒子群有效半径、入射光偏振状态对传输特性的影响。研究结果表明：较小复折射率实部粒子的传输特性对复折射率实部变化敏感性较强；复折射率虚部是影响辐射传输特性的一个重要因素，虚部越大，吸收性越强，传输特性越差；粒子群有效半径越大，光波透射率就越低，反射率则越高；入射光偏振状态对传输特性的影响较小，相比其他类型的偏振光，水平偏振光的反射率和透射率受入射角的影响较大。
大气光学 气溶胶 多次散射效应 CE318太阳分光计 蒙特卡罗辐射传输 激光与光电子学进展
2018, 55(8): 080103
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 安徽工业大学数理科学与工程学院, 安徽 马鞍山 243032
3 安徽医科大学药学院, 安徽 合肥 230032
采用高温热解五氧化二氮(N2O5)的方法,利用N2O5与NO3自由基之间的热平衡关系,通过腔衰荡光谱技术测量N2O5及NO3自由基的浓度。基于二氧化氮(NO2)与N2O5之间平衡可逆,探讨加热温度及NO2浓度变化对N2O5分解率的影响;考虑N2O5在测量系统中的损耗,经初步的量化分析得到进气效率为88%。通过Allan方差选取最佳积分时间,在外场测量条件下,优化系统的体积分数探测限为8.6×10
-12;通过分析进气效率、吸收截面及N2O5不完全热解等不确定性因素,估算得到整体测量误差约为±10%。在合肥郊区进行夜间大气实际监测,测量期间N2O5的浓度变化范围在(0.035~1)×10
-9之间,平均浓度为4.52×10
-10。该技术为实现大气中N2O5及NO3自由基的高灵敏度在线监测提供了有效途径。
大气光学 腔衰荡光谱技术 五氧化二氮 二极管激光 热解
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 中铁西北科学研究院有限公司, 甘肃 兰州 730000
以普通单模光纤作为振动传感媒介, 利用振动在单模光纤中引起的弹光效应对光纤周围环境中的振动信号进行监控。通过Sagnac干涉的方式, 将由弹光效应引起的光信号相位变化解调成为光强变化, 再进行光电转换。对光电转换解调出来的信号通过归一化处理、预加重处理等一系列的算法方式作进一步分析处理, 提取出不同振动事件的振动特征数据, 以实现对单次冲击信号和连续振动信号的区分。以此实现对铁路沿线落石防护网上巨石滚落状况的监控。
Sagnac干涉 弹光效应 归一化处理 预加重处理 Sagnac interference elastic-optic effect normalized processing pre-emphasis processing
