大氣痕量氣體測(cè)量的光譜學(xué)和化學(xué)技術(shù)

1、 第2期劉文清等:大氣痕量氣體測(cè)量的光譜學(xué)和化學(xué)技術(shù)205式中圣是測(cè)量方向和垂直于煙的方向的夾角。很明顯,為了精確地測(cè)量流量,正確的風(fēng)速測(cè)量和正確的DIAL測(cè)量是同等重要的。圖2所示的測(cè)量結(jié)果為每小時(shí)S02流量約230kg。 R。tkg/s】_NA(kg/m3.1112.gm/s_Lld。.u c。s州k/s限制DIAL技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要因素是系統(tǒng)的復(fù)雜性,特別是激光器部分。近年來,半導(dǎo)體激光泵浦的Nd:YAG激光的諧波輸出已用來泵浦可調(diào)諧鈦寶石激光器,這種全固態(tài)高效率多波長(zhǎng)小型緊湊激光系統(tǒng)的出現(xiàn)將使DINA技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破。DIAL Fig-2S02concentration map perpe

2、ndicular 技術(shù)的另一發(fā)展趨勢(shì)是與傅里葉變換光譜儀結(jié)合13】。DIAL的to the plum。高空間分辨率與傅里葉變換光譜的高光譜分辨率結(jié)合起來可實(shí)現(xiàn)多組份同時(shí)測(cè)量,結(jié)果使光譜分辨率大大提高,無需進(jìn)行光譜重疊所需的額外測(cè)量和扣除程序。另一發(fā)展動(dòng)向是DIAL技術(shù)與DOAS分析的結(jié)合用來測(cè)量H2(,即使在光束部分重疊和有薄云存在導(dǎo)致后向散射光信號(hào)不連續(xù)的情況下,DIAL的測(cè)量仍然是可靠的。不過上述兩種技術(shù)的發(fā)展都需要寬帶激光器,光參量振蕩器目前已能提供14.5“m波段, 30CIIl_1線寬,20mJ脈沖能量的激光輸出,已能適應(yīng)寬帶激光的要求,但脈沖能量尚需進(jìn)一步提高,波段范圍尚需進(jìn)一步擴(kuò)

3、展。最近,寬帶激光器結(jié)合經(jīng)典DOAS分析用于測(cè)量H20,這種新型、功能強(qiáng)大的分析方法能夠適用于即使有薄云存在以及部分光束重疊的情況。2.3傅里葉變換紅外光譜(FTIR在中紅外波段,由于波長(zhǎng)變長(zhǎng),氣體分子的吸收消光現(xiàn)象變得很弱,DOAS技術(shù)已經(jīng)沒有優(yōu)勢(shì)。擬合整個(gè)光譜而不是分光選擇的光譜可以獲得更強(qiáng)的吸收信號(hào)。根據(jù)太陽(yáng)光譜測(cè)量某一吸收體的總對(duì)流層柱體積時(shí),廣泛使用這種逐線擬合方法,與可見波段相比,紅外測(cè)量的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是:可見波段的吸收受太陽(yáng)夫朗禾費(fèi)線干擾較大,必須測(cè)量太陽(yáng)從高到底的角度的比率;在紅外波段,太陽(yáng)譜線可以從光譜中區(qū)別出來,在1個(gè)大氣壓力時(shí)譜線壓力加寬大約為o.1cm,所以,中等光譜分辨

4、率就可滿足大部分測(cè)量的需要。FTIR工作在紅外波段,這一波段是分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)光譜區(qū),譜線非常豐富密集,空氣中大多數(shù)痕量氣體和污染氣體在該譜區(qū)都有特征吸收,FTIR高的光譜分辨率,能夠分辨這些特征吸收,因此特別適宜于進(jìn)行多組份同時(shí)測(cè)定。FTIR與多次反射吸收池結(jié)合,探測(cè)靈敏度可進(jìn)一步提高,檢測(cè)限一般可達(dá)到ppbv級(jí)。FTIR已用于CO、CH4和N20的同時(shí)測(cè)定,測(cè)量的精度相當(dāng)好15。機(jī)載的FTS 可進(jìn)行2650600cm_1波段現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,光譜分別率為0.36cm-116。小型準(zhǔn)開放光程的FTIR能夠測(cè)量1500030cIn-1的波段,分辨率為0.15cm。FTIR的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是與DIAL技術(shù)

5、結(jié)合,已如上所述。另一個(gè)發(fā)展是從紅外波段擴(kuò)展到可見/紫外波段,出現(xiàn)了同時(shí)用二F紫外一可見一紅外譜區(qū)的傅里葉變換光譜儀,可實(shí)現(xiàn)從310nm一20弘m整個(gè)光譜區(qū)的同時(shí)測(cè)量,在紅外譜區(qū),最大光譜分辨率為o.0035am-。,在紫外/可見區(qū),光譜分辨率為o.03cm,可分辨308nm附近OH自由基及350nm附近BrO自由基的轉(zhuǎn)動(dòng)線,并用于這兩種自由基的高分辨光譜測(cè)量17】。2.4可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TDLASTDLAS探測(cè)的波段是215pm的中紅外區(qū),是分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)光譜區(qū),譜線非常豐富密集,要達(dá)到選擇性很強(qiáng)、靈敏度很高的檢測(cè),就需要很高的光譜分辨率,能夠分辨特定分子的振一轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),光譜線寬的典

6、型值要達(dá)到2×i0_3cm_1(60MHz,只有這樣,才能避免其它大氣分子的干擾,特別是普遍存在的主要大氣分子HzO和C02的干擾,寬帶光源光譜儀如傅里葉變換紅外光譜儀和無色散紅外光譜儀一般不能達(dá)到如此高的分辨率,而光聲光譜中所用的C02和CO激光器,雖然具有窄線寬,但不能調(diào)諧(或調(diào) 大氣痕量氣體測(cè)量的光譜學(xué)和化學(xué)技術(shù)作者:劉文清, 崔志成, 劉建國(guó), 謝品華, 董鳳忠, 張玉鈞, 魏慶農(nóng)作者單位:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所光學(xué)環(huán)境監(jiān)測(cè)研究室,安徽,合肥,230031刊名: 量子電子學(xué)報(bào)英文刊名:CHINESE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS年,卷

7、(期:2004,21(2被引用次數(shù):9次參考文獻(xiàn)(38條1.Cantrell C A Carbon kinetic effect in the oxidation of methane by the hydroxyl radical 19962.Perner D;Platt U Detection of nitrous acid in the atmosphere by differential optical absorption 19793.Grant W B;Kagann R H;McClenny W A Optical remote measurement of toxic gases

8、 1992(014.Linkeman J FT spectrometer with dixed mirrors using Fizeau fringes外文期刊 19915.Kawata S;Inouye Y;Minami S Two-photon isomerization and orientation of photoisomers in thin films of polymer 19896.Roscoe H K;Clemitshaw K C Measurement techniques in gas-phase tropospheric chemisty:a selective vi

9、ew of the past,present,and future外文期刊 1997(53157.Sanders R W;Solomon S;Carroll M A Ground based measurements of O3,NO2,OC1O and BrO during the antarctic ozone depletion event 19888.Alicke B;Hebestreit K;Stutz J Iodine oxide in the marine boundary layer外文期刊 1999(67209.Hausmann M;Platt U Spectroscopic

10、 measurement of bromine oxide and ozone in the high arctic during polar sunrise experiments 199410.Platt U;Perner D;Harris G W Detection of NO3 in the polluted troposphere by differential optical absorption 1980(0711.Perner D;Ehhalt D H;Paetz H W OH radicals in the lower troposphere 197612.Platt U;P

11、erner D Direct measurements of atmospheric CH2O,HNO2,Os,NO2 and SO2 by differential optical absorption in the near UV 198013.Warden H查看詳情 199714.Brauers T查看詳情 199615.Mount G H;Eisele F L An intercomparison of tropospheric OH measurements at fritz peak observatory 199216.Mihelcic D;Volz-Tomas A In Pr

12、oceeding of the Eupo TRAC Symposium 199417.Mihelcic D Simultaneous measurements of peroxy and nitrate radicals at Schauinsland 199318.Barrie L A Ozone destruction and photochemical reactions at polar sunrise in the lower arctic atmosphere 198819.Vogt R;Crutzen P J;Sandar R A mechanism for halogen release from sea-salt aerosol in the remote marine bou