磁旋转吸收光谱测量OH自由基装置

OH自由基是大气中重要的氧化剂，其源与汇及反应过程与区域和全球性气候变化、大气臭氧水平以及酸沉降等重大环境问题密切相关，国际上非常重视OH大气化学过程的研究。由于OH自由基的高反应活性、寿命短、浓度低，其测量手段依然很缺乏，准确测量OH自由基的浓度是当今大气化学领域非常重要的一项研究内容。本项目拟研制一套利用磁旋转吸收光谱技术测量OH自由基的装置，选择2.8um处的Q(1.5)跃迁进行测量，结合光学多通池，在40-60m的吸收光程上，预期能够实现OH自由基5×10^7个/cm^3的探测极限。该仪器利用磁致旋光效应，减小了其它分子的干扰，灵敏度高，是一种无背景光谱技术，可获得OH绝对浓度信息。结合大气光化学烟雾箱系统，可为OH自由基相关的重要大气化学机制及反应过程的研究提供实验平台。

OH自由基是大气中重要的氧化剂，其源与汇及反应过程与区域和全球性气候变化、大气臭氧水平以及酸沉降等重大环境问题密切相关，国际上非常重视OH大气化学过程的研究。由于OH自由基的高反应活性、寿命短、浓度低，其准确测量十分困难，是当今大气化学领域非常重要和挑战性的研究内容。可模拟大气条件的光化学反应烟雾箱在大气化学的实验室和外场研究中起着重要的桥梁作用，然而，至今依然没有一个有效的测量手段应用于中小型烟雾箱内OH自由基的直接测量。.本项目的目标是研制一套利用磁旋转吸收光谱技术测量OH自由基的装置，实现OH自由基5×10^7个/cm^3的探测极限。结合大气光化学烟雾箱系统，为OH自由基相关的重要大气化学机制及反应过程的研究提供实验平台。.项目组经过四年的努力，发展了基于中红外磁旋转吸收光谱的OH自由基探测新方法，建立了国际上首个基于超导磁体的磁旋转吸收光谱测量OH自由基装置，并实现了烟雾箱内OH自由基的实时、原位测量，探测极限达到1.6×10^6个/cm^3，测量准确度好于3%。围绕项目的目标和内容，具体开展了如下几部分工作：.（1）磁旋转光谱测量方法研究：对交流磁场调制测量方法、直流稳恒磁场结合波长调制方法和双光路差分平衡探测等多种方法开展了研究，为基于光化学反应池系统及超导磁线圈测量装置的设计提供了关键参数，确定直流稳恒磁场结合波长调制及双光路差分探测方法为本装置的最佳方案。.（2）激光频率锁定：将激光器频率锁定在吸收谱峰值位置，频率稳定精度达到0.0004 cm^-1。.（3）建立了适合于烟雾箱的Chernin型多通池：吸收池基长为1.5米，吸收光程3 - 192米可调。.（4）基于超导磁体的磁旋转吸收光谱装置：首次将大口径传导冷却超导磁体系统应用于磁旋转吸收光谱中，并将其与光化学反应烟雾箱系统相结合，在108米吸收光程上，实现OH自由1.6×10^6个/cm^3的探测极限。.在项目研究过程中，已发表期刊论文3篇，会议论文2篇，授权专利1项。该仪器的研制成功，将为OH相关的大气化学过程研究提供研究平台，从而促进OH再生新机制、大气氧化性、VOCs光解机理、有机气溶胶老化等大气化学核心问题的深入研究，对我国当前大气复合污染研究具有重要意义。