大气HOx自由基湍流标定系统研究

HO_x(OH,HO₂)自由基是大气中重要的氧化剂, 准确测量大气HO_x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HO_x自由基的外场观测, 准确标定是FAGE系统准确测量大气HO_x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HO_x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HO_x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HO_x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HO_x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HO_x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HO_x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HO_x自由基探测系统(FAGE-HO_x)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HO_x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。     

脉冲电晕放电电子能量及OH,O或O3对NO氧化的光谱学研究

采用发射光谱法测量了线板式脉冲电晕放电中激发态氮气分子N2*和离子N2+的光谱强度,并与数值计算获得的结果进行对比,确定放电电场的空间分布及平均电子能量。水平与竖直方向离开线电极0～2cm,随着距离的增加,平均电子能量和电场均呈先减后增的变化趋势;放电电场变化范围11.05～19.6MV.m-1,对应的平均电子能量的变化范围10.10～13.92eV。这一能量水平的电子足以与O2,H2O分子碰撞产生O,OH自由基,并进一步反应生成O3。在NO氧化过程中,NO可与OH自由基共存,但不能与O3共存;且O3或O氧化NO的效率高于OH自由基,推断O3或O在NO的氧化过程中起关键作用。     

基于差分光学吸收光谱方法的OH自由基定标系统研究

介绍了一种基于差分光学吸收光谱(DOAS)方法的OH自由基定标系统, 该系统可产生一定浓度的OH自由基并同时进行精确测量. 系统采用紫外灯185 nm光线分解水汽产生OH自由基, 利用500 W氙灯准直光作为光源; 使用基长1.25 m、反射次数60次、总光程75.0 m的多次反射池来增加OH自由基的吸收光程; 以超高分辨率中阶梯光栅光谱仪(最高分辨率3.3 pm)作为光谱采集系统对光谱信号进行采集, 采用DOAS测量方法获得OH自由基的浓度. 通过改变腔内水汽的浓度, 系统准确测量了5×10⁸-1.8×10¹⁰ molecules/cm³浓度范围的OH自由基. 分析了OH自由基测量过程中受到的吸收截面偏差、气压等因素影响, 得到系统总测量误差小于7.3%. 在实验的浓度范围内, 系统可用于大气OH自由基气体扩张激光诱导荧光测量技术的定标.     

腐植酸溶液的声化学降解研究

采用频率为1.8MHz的超声波在固定式声化学反应器内研究了声化学降解腐植酸的自由基氧化历程。通过采用TA溶液作为OH自由基捕获剂,吡啶溶液作HO2自由基捕获剂,以及KI溶液的I2释放法分别确定出实验条件下反应溶液中OH自由基的浓度为10^-7M,HO2自由基浓度为10^-5M及H2O2浓度为10^-5M。在此基础上研究了均相与多相催化条件下声化学降解腐植酸溶液的TOC削减情况。发现CeO2和Cu2O催化作用下腐植酸的降解效率分别较均相条件下提高40％和20％。并就反应机理和反应动力学过程进行了描述。     

体光源模拟标定法测O2（^1△）绝对浓度

O2(^1△)绝对浓度的测量,一直是SOG和COIL研究中的重要参数之一。体光源模拟标定法测O2(^1△)绝对浓度,是把发光气体以某一流速引入一已知体积的流动光池中,再通过具有低象差失真的光学系统,把该体光源成象在探测器的有效表面上。探测器和测量仪器组成的测量系统,要经过标准光源和电学标定。本方法可测出O2(^1△)绝对浓度及其分压,O2(^1△)产率等参数。其中O2(^1△)浓度测量结果的相对误差为20％。     

OH自由基共振荧光的门控光子计数测量

针对气体扩张激光诱导荧光测量低浓度OH自由基系统中短寿命低强度荧光的检测需求,提出了一种共振荧光的门控光子计数测量方法,通过光电倍增管的快速门控电路设计,实现纳秒级时序内荧光的选择性测量.使用一个13级高增益端窗光电倍增管进行荧光探测,通过改变光电倍增管打拿极上的加载电压来实现光电倍增管的快速门控.电路可获得稳定的调制电压,开关延迟时间为168ns,上升沿时间约20ns.对门控电路进行器件优化及匹配参量后,采用调制打拿极d1d3d5的方式,开关引起的光电倍增管噪声降至210ns以内,调制开关比优于10~5.将门控系统应用于气体扩张激光诱导荧光系统OH自由基的荧光探测,有效获得自由基荧光信号.对307.8~308.2nm波段内的OH自由基激发谱线进行了测量,实验结果表明,门控电路能有效抑制激光杂散光的影响,实现低浓度OH自由基共振荧光信号测量.     

腔衰荡光谱方法测量大气中痕量NH_3的浓度

NH_3是大气二次细颗粒物的主要前驱物之一,NH_3浓度的准确测量对于大气环境监测和保护具有重要意义。近红外波段激光器的成本较低,但采用其测量NH_3时,普遍存在受环境中H_2O、CO_2气体干扰以及吸收光程较短等问题。为克服环境中H_2O、CO_2干扰气体的影响,筛选出中心波数为6521.97 cm~(-1)的吸收谱线,利用该谱线对大气环境中痕量NH_3的浓度进行测量。该谱线不受环境中CO_2吸收的影响,且在低压条件下与H_2O吸收谱线的重叠范围较小,通过多峰拟合可以准确提取出NH_3的光谱吸收率。基于分布反馈式激光器搭建了一套腔衰荡吸收光谱测量装置,在该装置中,衰荡光腔由一对反射率高达99.996%的高反镜构成,空腔衰荡时间约96μs,有效吸收光程可达1.6×10~4 m。利用该装置对大气环境中痕量NH_3的浓度进行测量,结果表明:该测量系统的探测灵敏度可以达到3.9×10~(-10)。     

Theoretical Study on Mechanism of Reaction of OH with HO2NO2

运用密度泛函的B3LYP方法及CBS-QB3方法对HO2NO2(过氧硝酸,PNA)与OH自由基的反应进行了理论研究. 结果表明, 在计算所得的势能面曲线上存在五个产物通道,分别为H2O+NO2+O2、HOOH+NO3、NO2+HO3H、HO2+HONO2和HO2+HOONO. 对这五个通道分别进行了详细的研究,其中最主要的反应通道为：PNA+OH!M1!TS1!H2O+NO2+O2. 采用了一个准平衡近似的方法并运用CBS-QB3基础上的能量计算得到了300K下此反应路径的速率常数值为1.13 ￡10-1     

烷烃类分子对NC0（A^2∑^＋）自由基的猝灭

采用激光光解—激光诱导荧光(LP—LIF)的方法，用266nm激光光解CHBr3分子产生CH自由基，再与N2O继续反应作为NCO自由基的产生源，用438．6nm激光将电子基态X^2∏i(00^10)的NCO激励到激发态A^2∑^+(00^00)上，通过检测激发态NCO时间分辨荧光信号，测得室温(298K)下NCO(A^2∑^+)被烷烃类分子猝灭的实验结果，获得了A^2∑^+(00^00)态猝灭速率常数．实验发现，随着烷烃分子中C—H键数增加，其猝灭截面也近线性增加，但随着分子体积增大，这种增加趋缓．     

用卤钨灯对激光诱导击穿光谱探测系统进行绝对效率标定（英文）

基于辐射度学理论搭建了用于激光诱导击穿光谱探测系统的绝对效率标定装置.用卤钨灯配备紫外玻璃滤光片和熔融石英漫射片作为标定的标准光源,标定了配备Czerny-Turner型紫外波段光谱仪的激光诱导等离子体光谱探测系统.测得了系统在310~385nm波长范围内的绝对光谱响应,不确定度小于7%(在标准偏差为2的条件下).绝对效率标定可为激光诱导击穿光谱探测系统硬件评估提供一种手段.     

Density Functional Theory Study of Infrared and Ultraviolet Spectra of Urea L-Malic Acid

用密度泛函理论研究了新型二阶非线性光学晶体-L苹果酸脲.采用一些密度泛函理论方法计算了分子结构,比较得出PBEPBE/6-31+G(d,p)是计算分子结构的一种最佳的方法,然后给出了其红外和紫外可见光谱,并与实验结果作了比较,还结合分子轨道布局分析了紫外可见光谱. 同时结合极化连续模型利用密度泛函理论方法研究了L苹果酸脲在水中的几何结构及红外和紫外可见光谱,并指出了溶剂化效应对其性质的影响.     

激光诱导荧光技术测量OH自由基的建立和研究

氢氧自由基（ＯＨ）在对流层大气化学中起着重要的作用,因此,对其浓度的测量具有重要意义。本文利用气体扩张激光诱导荧光技术（ＦＡＧＥ）建立了ＯＨ测定系统,对其进行了标定,得到归一化荧光信号（Ｓ）与ＯＨ自由基浓度的较好的相关关系,并对可能存在的干扰进行了分析。     

Effect of Water Vapor Absorption on Measurements of Atmospheric Nitrate Radical by LP-DOAS

利用长程差分吸收光谱技术进行大气NO3自由基测量时,水汽的强烈吸收叠加在测量光谱中,对NO3的精确反演和探测限带来较大的影响. 通过分析水汽吸收的非线性效应,建立了一种去除水汽影响的有效方法. 通过测量日间大气吸收谱,并考虑日间水汽与夜晚水汽变化量,一同参与数据拟合,结果表明该方法可以有效地去除水汽吸收的影响. 把该方法应用于在珠三角外场实验中,获得了好的效果,探测限达到3.6 ppt。     

相对湿度和氧气浓度对滑动弧放电特性影响研究

本文通过检测背景气体不同含氧量和相对湿度下的放电电流强度和臭氧浓度,分析氧气和水汽对滑动弧放电特性的影响.结果表明,背景中氧气是臭氧的主要发生源,臭氧随氧气浓度的增大而增大.水汽的离解反应与臭氧发生反应存在竞争关系,同时其生成的OH粒子会与臭氧发生反应,因此水汽对臭氧的产生起抑制作用.由于氧气和水的电子结合系数都很高,水与电子还会发生离解结合反应,因此背景气体氧气浓度和水汽含量增大会减少等离子体区域的电子数量,降低放电电流强度.     

线板式脉冲电晕放电反应器OH自由基二维分布的光谱学研究

脉冲电晕放电过程中OH自由基等活性基团的空间分布特性对燃煤烟气污染物的氧化脱除具有重要作用。为了探索脉冲电晕放电污染物控制技术的机理,采用激光诱导荧光法检测线板式反应器内部脉冲电晕放电过程中OH自由基的空间二维分布特性,主要研究了不同相对湿度和含氧量对OH自由基空间二维分布特性的影响。实验表明,脉冲电晕放电过程中OH自由基主要存在于线电极下方的区域中,并以线电极为中心面向板电极呈现扇形分布,并且其扇形分布区域的纵向长度和横向宽度的最大值均小于1 cm;相对湿度的增大有利于OH自由基的生成,促进OH自由基空间二维分布区域面积的扩大,当相对湿度为65%时OH自由基的空间二维分布区域面积达到最大值;当含氧量为2%时最有利于OH自由基的生成,并且OH自由基的空间二维分布区域面积达到最大值,当含氧量超过15%时对OH自由基的生成及其空间二维分布主要起抑制作用。同时,相对湿度和含氧量的增加均提高了激发态OH自由基中猝灭部分所占的比重,从而降低了OH自由基的荧光产率,其中含氧量对OH自由基荧光产率和OH自由基空间二维分布的影响作用大于相对湿度。     

空气电晕放电中的OH自由基发射光谱

测量了大气压下向空气中喷射不饱和水蒸气的电晕放电产生的OH自由基的发射光谱。通过对光谱线强度变化的分析,研究了电场强度、放电方式、水蒸气比例等因素对OH自由基产生过程的影响,及OH自由基浓度在放电反应空间的分布特点。     

氨基氰分子在193nm的光离解动力学

本文研究了氨基氰分子(H₂NCN)的光离解动力学。利用激光诱导荧光技术(LIF)检测了这一分子在193nm下光解所生成的CN(X²Σ⁺)基,在激光能量为0.35mJ/脉冲的条件下,CN(X)基的LIF信号十分弱,其0—0带的转动温度为1590±90K;当激光能量较高时,LIF信号明显增加,并观察到=2能级上的布居。在50℃的温度下,本实验测量了氨基氰分子的紫外吸收光谱,在193nm其吸收截面小于2.4×10^-19cm²。二次光解机理可用来解释本实验的结果。 关键词：     

应用于FAGE技术测量OH自由基的激光器波长修正方法研究

研究了一种应用于气体扩张激光诱导荧光(FAGE)技术测量OH自由基的染料激光器波长修正方法。该方法采用镍铝丝热解水汽产生稳定的高浓度OH自由基,利用重复频率为8500 Hz的染料激光器输出波长约282 nm激光作为光源.激发低压腔内热解产生的高浓度高稳定性OH自由基产生荧光,由普通光电倍增管和光电二极管分别探测激发荧光和出腔激光强度。通过延时信号发生器统一触发激光器和高速数据采集卡并结合LabVIEW软件处理得到单位激光强度的荧光积分强度数据。连续两次扫描激光波长,当第二次扫描的荧光积分强度达到第一次最大值的0.95倍时,停止波长扫描,此时的激光器波长位置即为激发线位置。本文首先扫描激光波长,研究了282 nm激发机制下的OH自由基激发谱;然后在Q_1 2激发线位置探究了气体湿度、氧气含量、进气量以及抽速对荧光积分强度和寿命的影响;并分析了镍铝丝热解水的反应机理,初步认为热解中OH自由基主要来源于氧原子与水的反应。在以上荧光积分强度和寿命影响因素的研究基础上,优化了系统参数,使荧光积分强度波动小于±1.9%。连续多次进行波长修正,修正偏差为0.1pm。该方法能够满足气体扩张激光诱导荧光(FAGE)技术定量精确测量大气OH自由基对波长的要求。