用于实际大气甲醛通量测量的可调谐二极管激光吸收光谱技术研究

Formaldehyde is the most abundant carbonyl compound in the troposphere and a significant intermediate components to understand the atmospheric chemical process. Quantitative study of formaldehyde flux can distinguish between primary and secondary sources effectively, and analyze source and sink balance of intermediate components accurately. It plays an important role in the study of atmospheric oxidative degradation mechanism. Highly sensitive, fast responsive and high accurate formaldehyde concentration measurement is the key to flux measurement, which is also the difficulty of flux measurement. In this project, tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS), which is a simple convenient instrument with high sensitivity, fast time response and high accuracy, will be the first time applied to the measurement of formaldehyde flux. It will provide a significant method for the study on degradation mechanism of atmospheric volatile organic components (VOCs).

甲醛是大气对流层中含量最为丰富的羰基化合物，是理解大气化学过程的关键中间态组分。通过对甲醛通量量化研究，能有效识别一次排放和二次生成的贡献，准确构建中间态组分的源汇平衡，对研究大气氧化降解机制具有重要作用。甲醛浓度的高灵敏度快速准确测量是通量测量的关键，也是难点。本项目首次将可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）用于甲醛通量测量研究，具有快速时间响应、高灵敏度、高准确性等优点，系统简单，便于外场应用，将为大气挥发性有机化合物（VOCs）降解机制研究提供新的、重要的测量手段。

甲醛是大气对流层中含量最为丰富的羰基化合物，是理解大气化学过程的关键中间态组分。通过对甲醛通量量化研究，能有效识别一次排放和二次生成的贡献，准确构建中间态组分的源汇平衡，对研究大气氧化降解机制具有重要作用。甲醛浓度的高灵敏度快速准确测量是通量测量的关键，也是难点。本项目开展用于甲醛通量测量的可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）研究，在过去的3年里，围绕项目研究目标和内容，主要工作及成果包括：（1）研制了基长约36cm、光程大于200m的新型球面镜光学多通池；（2）建立了甲醛测量的TDLAS装置，完成了系统参数优化与性能评估，探测极限达到了51pptv (1σ,10s)，受邀参与广州及青藏高原大气外场综合观测实验，为大气化学研究提供了关键科学数据；（3）进一步研制了体积仅350mL、光程体积比达15.7cm-2的小型光学多通池，发展出了紧凑型TDLAS-甲醛测量仪样机，探测极限290pptv (1σ,1s)，置换时间小于1s，满足通量测量要求；（4）开展了涡动相关通量测量方法研究，计算得到的通量结果与商业软件吻合较好，验证了通量数据处理的可靠性；（5）此外，研制的TDLAS-甲醛测量仪受邀参加北京大学组织的室内环境观测实验，拓展了仪器在室内化学和健康效应领域的应用。