【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，安光所張為俊研究團隊在大氣OH自由基總反應(yīng)性測量研究方面取得新進展，相關(guān)研究成果《時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)性測量和自由基動力學(xué)研究的新工具》以封面文章形式發(fā)表于Analytical Chemistry上。
 

青藏高原外場觀測實驗現(xiàn)場照片
 

　　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)動力學(xué)參數(shù)的準確測量極其重要。
 

　　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中能級產(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)對順磁性分子信號有顯著的增強作用，并排除了其他抗磁性分子(如大氣中常見的水和揮發(fā)性有機組分等)吸收的干擾，具有很高的探測靈敏度；通過磁場參數(shù)、譜線強度、吸收光程等參數(shù)，可以直接獲得OH的濃度，無需復(fù)雜的標校過程。
 

　　團隊趙衛(wèi)雄研究員在2011年完成了2.8 微米FRS光譜探測OH自由基的原理性實驗，利用25厘米長單光程吸收池實現(xiàn)了OH自由基3×108 分子/立方厘米的探測極限，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，實現(xiàn)了光化學(xué)煙霧箱中OH自由基的實時原位測量，在108米吸收光程下，探測極限達到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自由基的實時、在線、準確測量，具有很好的實際大氣外場應(yīng)用前景。
 

　　本研究在已有工作的基礎(chǔ)上，針對實際大氣測量，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)性測量裝置。紫外光解激光(266納米)光束與探測激光重疊光路為25米，在此條件下，OH濃度和kOH’的探測極限分別為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”外場觀測實驗，獲得了海拔4730米處納木錯站點大氣OH總反應(yīng)性的數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有方法相比，該裝置的造價大大降低，易于維護，便于外場廣泛應(yīng)用及臺站長期觀測，在大氣污染的應(yīng)對與防治方面具有重要的實際應(yīng)用價值。
 

　　本研究得到國家自然科學(xué)基金國家重大科研儀器研制項目、重大研究計劃，中國科學(xué)院科研裝備研制項目、青年創(chuàng)新促進會、合肥物質(zhì)科學(xué)研究院院長基金及中國科學(xué)院人才計劃(PIFI)項目資助。