二极管激光腔衰荡光谱测量大气NO3自由基 - 物理学报.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 11 (2014) 110707 二极管激光腔衰荡光谱测量大气NO 自由基 胡仁志 王丹 谢品华 凌六一 秦敏 李传新 刘建国 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, 合肥 230031) 2)(中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 合肥 230026) 3)(安徽理工大学电气与信息工程学院, 淮南 232001) ( 2014 年1 月6 日收到; 2014 年2 月20 日收到修改稿) 本文介绍了基于外部调制二极管激光器(波长661.85 nm, 线宽为0.3 nm) 为光源的腔衰荡光谱技术探测 环境大气中NO 自由基. 通过改变外部调制信号, 优化二极管激光器的输出光谱, 获得NO 自由基的有效吸 收截面; 探讨了大气中的其他气体成分(O , NO 和水蒸气) 对NO 自由基的测量干扰; 考虑PFA 管的壁碰 撞损耗和过滤膜的损耗, 初步量化本系统的NO 自由基进气效率约为70%. 当时间分辨率为7 s 时, 在实验室 环境下, 系统的探测限为2.0 pptv. 将本系统初步应用于夜间大气中NO 自由基的测量(2 h), 获得了NO 自 由基的浓度主要在17.9—51.7 pptv 之间, 平均浓度为36.3 pptv, 实际的探测限为3.5 pptv; 由于NO 自由基 进气效率的不确定性等因素, 系统的测量误差约为8%(1). 实验结果表明, 二极管激光腔衰荡光谱技术可 实现大气中NO 自由基的高灵敏度在线探测. 关键词: 大气光学, 腔衰荡光谱技术, NO 自由基, 二极管激光 PACS: 07.88.+y, 07.60.Rd, 42.60.Da DOI: 10.7498/aps.63.110707 源碳氢化合物及硫化物, 夜间NO 的氧化能力甚 2−4 1 引 言 至超过白天的OH 自由基 . 此外, NO 自由基 涉及到气溶胶的形成和通过异构化为NO 与O 的 NO 自由基和N O 是对流层夜间化学的 5 臭氧催化去除 . 鉴于在夜间大气化学过程中的作 关键物种. 大气中NO 与O 反应生成NO 自由 用, 准确测量环境大气中的NO 自由基浓度具有 基, 生成的NO 自由基会进一步与NO 反应生成 重要的意义. N O . 上世纪80 年代, 开放光路的差分吸收光谱方 法(DOAS) 开始监测大气中NO 自由基浓度; 采 NO O NO O 2 3 3 2 67 用人工光源的主动