1 南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室, 江西 南昌 330063
2 南京大学大气科学学院, 江苏 南京 210023
3 法国滨海大学大气化学物理实验室, 法国 敦克尔克 59140
非相干宽带腔增强吸收光谱(IBBCEAS)技术凭借其高选择性、高灵敏度、高时空分辨率等优势而逐渐成为NO3自由基的主要测量方法之一。然而其使用的光谱仪分辨率有限,不足以分辨水汽的精细吸收结构,导致水汽的吸收非线性,进而影响NO3自由基浓度的准确反演。介绍了一种基于插值法获取水汽有效吸收截面的方法,并将其用于消除IBBCEAS装置中水汽吸收对NO3自由基浓度反演的干扰。利用不同浓度的水汽吸收谱结合插值法获得了水汽的有效吸收截面,使用该有效吸收截面来反演不同浓度的水汽,反演结果与商用湿度计测量结果的线性相关系数为0.99789。在此基础上测量并拟合了不同水汽浓度下NO3自由基和NO2气体的吸收,在拟合残差上未发现水汽残余结构,水汽反演结果与商用湿度计测量值的线性相关系数为0.999。在30 s的积分时间内,NO3自由基和NO2的探测极限分别为5.8×10
-12和3.6×10
-9。将本装置应用于夜间大气中进行NO3自由基和NO2浓度的测量,测得NO3自由基体积分数为18.4×10
-12~22.9×10
-12,平均体积分数为20.2×10
-12,NO2体积分数为0.6×10
-9~16.0×10
-9,平均体积分数为9.9×10
-9。实验结果表明:利用插值法获得的水汽的有效吸收截面能够有效消除水汽吸收对NO3自由基浓度反演的干扰,提高NO3自由基和NO2气体浓度测量的准确度。
光谱学 非相干宽带腔增强吸收光谱 NO3自由基 水汽有效吸收截面
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 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
夜间大气NO3自由基的氧化能力相当于白天OH自由基, 鉴于NO3自由基在大气反应过程中的关键作用, 准确测量其浓度及研究其夜间大气化学过程具有重大意义。 采用以二极管激光器为光源(中心波长为662 nm, 半高宽0.3 nm), 两块高反射率镜片(R≥99.998 5%)形成的腔体为光学共振腔, 有效光程达到约20 km的腔衰荡光谱系统(CRDS)对夜间大气NO3自由基进行测量, 并且针对秋冬季交通繁忙区域夜间大气边界层NO3自由基化学过程进行研究。 采用该系统于2014年10月29日—11月15日在北京市中国科学院大学校园开展了NO3自由基连续外场观测实验, 观测期间NO3自由基浓度相对较低, 最大浓度约为50 pptv, 平均值为10 pptv。 并结合NO2, NO和O3等相关辅助数据对测量结果进行分析, 分析表明在观测期间NO3自由基产率为 0.04～1.03 pptv·s-1, 平均寿命约为68 s。 并且近一步分析了观测期间大气NO3自由基损耗途径, 探讨了不同湿度及颗粒物浓度对其损耗的影响。 即观测期间当大气中RH≥60%, PM2.5浓度大部分大于60 μg·m-3时, ln(τss(NO3))与ln(NO2)的相关性达到0.79, 大气中NO3自由基损耗主要以间接为主; 然而在RH≤40%, PM2.5浓度大部分小于60 μg·m-3时, 因测量点靠近国道受局地污染源影响, 直接损耗较显著; 当大气中40%
NO3自由基 腔衰荡光谱技术 夜间大气化学 损耗途径 NO3 radical Cavity ring down spectroscopy Nocturnal atmospheric chemistry Loss process 光谱学与光谱分析
2016, 36(10): 3097
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 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230026
相对于OH自由基是白天大气化学的驱动力,NO3 自由基则是夜间大气中重要的氧化剂,NO3 自由基浓度的 准确测定对夜间大气化学的研究具有重要意义。然而由于大气中NO3 自由基寿命短、浓度低(几百ppt),使 得对其测量具有挑战性。上世纪八、九十年代,主要采用差分光学吸收光谱(DOAS)技术和基质隔离电子顺磁共 振光谱(MI-ESR)技术对NO3 自由基进行测量。随着科学技术的快速发展,本世纪初逐渐发展出腔衰荡光 谱(CRDS)技术、腔增强吸收光谱(CEAS)技术、激光诱导荧光光谱(LIF)技术和化学电离质谱(CIMS)技术来 探测NO3 自由基。综述了国内外大气NO3 自由基探测技术的研究现状和发展趋势,对各种方法的 原理、优缺点及应用进行了较为详细的介绍,并总结了其在大型外场观测中测量NO3 自由基所取得的研究进展。
NO3 自由基 测量技术 大气化学 NO3 radical measurement technology atmospheric chemistry 大气与环境光学学报
2015, 10(2): 102
1 淮北师范大学物理与电子信息学院, 安徽 淮北235000
2 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽 合肥230031
NO3自由基是夜间大气中最重要的氧化基团, 鉴于NO3自由基易变性以及极低的大气浓度, 开发了以发红光二极管(LEDs)为光源来监测大气NO3自由基的长程差分吸收光谱系统(LEDs-DOAS)。 分析了新型红光二极管Luxeon LXHL-MD1D LEDs的谱特性, 研究了以其为光源的长程LEDs-DOAS系统测量大气NO3自由基的原理, 设计了大气NO3测量自由基的装置, 给出监测的大气吸收光谱, 研究了反演NO3的方法, 并给出反演谱图和一周大气NO3浓度的时间序列图。 研究结果表明当光程为2.8 km时, LEDs-DOAS系统的探测限大约为12 ppt。
红光二极管 大气NO3自由基 长程差分吸收光谱系统 Red light emitting diodes Nitrate radical Long path differential optical absorption spectros
中国科学院环境光学与技术重点实验室,中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
NO3自由基在夜间大气环境化学中有重要作用。以月亮直射光作为光源，使用CCD光栅光谱仪采集合肥地区的直射月光谱，并结合自动寻星赤道仪对月亮进行跟踪。应用被动差分吸收光谱技术探测夜间大气中NO3自由基柱含量。分析了影响光谱反演的主要因素，并采用逐线积分方法计算了特定水汽含量和温度条件下的水汽吸收截面参与反演，减少了水汽对NO3自由基反演的干扰。使用大气质量因子将斜柱浓度转换成了垂直柱浓度，最终得到合肥地区实验期间NO3自由基垂直柱浓度不高于1.7×1014 molecule/cm2，接近黎明时，探测到大气中NO3自由基的柱浓度迅速下降。
光谱学 NO3自由基 被动差分吸收光谱技术 直射月亮光
