【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，安光所張為俊研究團(tuán)隊(duì)在大氣OH自由基總反應(yīng)性測(cè)量研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果《時(shí)間分辨激光閃光法拉第旋轉(zhuǎn)光譜儀：一種用于OH自由基總反應(yīng)性測(cè)量和自由基動(dòng)力學(xué)研究的新工具》以封面文章形式發(fā)表于Analytical Chemistry上。
 

青藏高原外場(chǎng)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片
 

　　OH自由基是大氣中重要的氧化劑，其快速循環(huán)反應(yīng)決定著大氣中主要污染物的生成和去除。揭示OH自由基轉(zhuǎn)化機(jī)制是大氣氧化性和污染成因研究的核心挑戰(zhàn)，其中OH自由基總反應(yīng)性(kOH’)及其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量極其重要。
 

　　磁旋轉(zhuǎn)吸收光譜技術(shù)(FRS, Faraday rotation spectroscopy)基于順磁性分子在縱向磁場(chǎng)中能級(jí)產(chǎn)生塞曼分裂而發(fā)生的法拉第旋光效應(yīng)，入射的線偏振光產(chǎn)生偏振面的旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)制解調(diào)旋光信號(hào)獲得磁旋轉(zhuǎn)吸收光譜。相比傳統(tǒng)的光譜方法，F(xiàn)RS技術(shù)對(duì)順磁性分子信號(hào)有顯著的增強(qiáng)作用，并排除了其他抗磁性分子(如大氣中常見的水和揮發(fā)性有機(jī)組分等)吸收的干擾，具有很高的探測(cè)靈敏度；通過磁場(chǎng)參數(shù)、譜線強(qiáng)度、吸收光程等參數(shù)，可以直接獲得OH的濃度，無需復(fù)雜的標(biāo)校過程。
 

　　團(tuán)隊(duì)趙衛(wèi)雄研究員在2011年完成了2.8 微米FRS光譜探測(cè)OH自由基的原理性實(shí)驗(yàn)，利用25厘米長(zhǎng)單光程吸收池實(shí)現(xiàn)了OH自由基3×108 分子/立方厘米的探測(cè)極限，近散粒噪聲水平。隨后，將大型螺線管超導(dǎo)磁體與光學(xué)吸收多通池相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了光化學(xué)煙霧箱中OH自由基的實(shí)時(shí)原位測(cè)量，在108米吸收光程下，探測(cè)極限達(dá)到1.6×106 分子/立方厘米。研究結(jié)果表明，F(xiàn)RS技術(shù)非常適用于OH自由基的實(shí)時(shí)、在線、準(zhǔn)確測(cè)量，具有很好的實(shí)際大氣外場(chǎng)應(yīng)用前景。
 

　　本研究在已有工作的基礎(chǔ)上，針對(duì)實(shí)際大氣測(cè)量，將FRS技術(shù)與激光閃光光解方法相結(jié)合，發(fā)展了一種新型的大氣OH自由基總反應(yīng)性測(cè)量裝置。紫外光解激光(266納米)光束與探測(cè)激光重疊光路為25米，在此條件下，OH濃度和kOH’的探測(cè)極限分別為4×106 分子/立方厘米(56秒)和0.09 s-1(112秒)。
 

　　2019年4月至6月，該儀器參加了北京大學(xué)組織的“青藏高原大氣氧化性及其在變化中的作用”外場(chǎng)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，獲得了海拔4730米處納木錯(cuò)站點(diǎn)大氣OH總反應(yīng)性的數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有方法相比，該裝置的造價(jià)大大降低，易于維護(hù)，便于外場(chǎng)廣泛應(yīng)用及臺(tái)站長(zhǎng)期觀測(cè)，在大氣污染的應(yīng)對(duì)與防治方面具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
 

　　本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目、重大研究計(jì)劃，中國(guó)科學(xué)院科研裝備研制項(xiàng)目、青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、合肥物質(zhì)科學(xué)研究院院長(zhǎng)基金及中國(guó)科學(xué)院人才計(jì)劃(PIFI)項(xiàng)目資助。