大氣痕量氣體測量的光譜學和化學技術_圖文

1、 第2期劉文清等:大氣痕量氣體測量的光譜學和化學技術205式中圣是測量方向和垂直于煙的方向的夾角。很明顯,為了精確地測量流量,正確的風速測量和正確的DIAL測量是同等重要的。圖2所示的測量結果為每小時S02流量約230kg。 R。tkg/s】_NA(kg/m3.1112.gm/s_Lld。.u c。s州k/s限制DIAL技術廣泛應用的主要因素是系統(tǒng)的復雜性,特別是激光器部分。近年來,半導體激光泵浦的Nd:YAG激光的諧波輸出已用來泵浦可調(diào)諧鈦寶石激光器,這種全固態(tài)高效率多波長小型緊湊激光系統(tǒng)的出現(xiàn)將使DINA技術實現(xiàn)突破。DIAL Fig-2S02concentration map perpe

2、ndicular 技術的另一發(fā)展趨勢是與傅里葉變換光譜儀結合13】。DIAL的to the plum。高空間分辨率與傅里葉變換光譜的高光譜分辨率結合起來可實現(xiàn)多組份同時測量,結果使光譜分辨率大大提高,無需進行光譜重疊所需的額外測量和扣除程序。另一發(fā)展動向是DIAL技術與DOAS分析的結合用來測量H2(,即使在光束部分重疊和有薄云存在導致后向散射光信號不連續(xù)的情況下,DIAL的測量仍然是可靠的。不過上述兩種技術的發(fā)展都需要寬帶激光器,光參量振蕩器目前已能提供14.5“m波段, 30CIIl_1線寬,20mJ脈沖能量的激光輸出,已能適應寬帶激光的要求,但脈沖能量尚需進一步提高,波段范圍尚需進一步擴

3、展。最近,寬帶激光器結合經(jīng)典DOAS分析用于測量H20,這種新型、功能強大的分析方法能夠適用于即使有薄云存在以及部分光束重疊的情況。2.3傅里葉變換紅外光譜(FTIR在中紅外波段,由于波長變長,氣體分子的吸收消光現(xiàn)象變得很弱,DOAS技術已經(jīng)沒有優(yōu)勢。擬合整個光譜而不是分光選擇的光譜可以獲得更強的吸收信號。根據(jù)太陽光譜測量某一吸收體的總對流層柱體積時,廣泛使用這種逐線擬合方法,與可見波段相比,紅外測量的另一個優(yōu)點是:可見波段的吸收受太陽夫朗禾費線干擾較大,必須測量太陽從高到底的角度的比率;在紅外波段,太陽譜線可以從光譜中區(qū)別出來,在1個大氣壓力時譜線壓力加寬大約為o.1cm,所以,中等光譜分辨

4、率就可滿足大部分測量的需要。FTIR工作在紅外波段,這一波段是分子的振動和轉動光譜區(qū),譜線非常豐富密集,空氣中大多數(shù)痕量氣體和污染氣體在該譜區(qū)都有特征吸收,FTIR高的光譜分辨率,能夠分辨這些特征吸收,因此特別適宜于進行多組份同時測定。FTIR與多次反射吸收池結合,探測靈敏度可進一步提高,檢測限一般可達到ppbv級。FTIR已用于CO、CH4和N20的同時測定,測量的精度相當好15。機載的FTS 可進行2650600cm_1波段現(xiàn)場測量,光譜分別率為0.36cm-116。小型準開放光程的FTIR能夠測量1500030cIn-1的波段,分辨率為0.15cm。FTIR的一個發(fā)展趨勢是與DIAL技術

5、結合,已如上所述。另一個發(fā)展是從紅外波段擴展到可見/紫外波段,出現(xiàn)了同時用二F紫外一可見一紅外譜區(qū)的傅里葉變換光譜儀,可實現(xiàn)從310nm一20弘m整個光譜區(qū)的同時測量,在紅外譜區(qū),最大光譜分辨率為o.0035am-。,在紫外/可見區(qū),光譜分辨率為o.03cm,可分辨308nm附近OH自由基及350nm附近BrO自由基的轉動線,并用于這兩種自由基的高分辨光譜測量17】。2.4可調(diào)諧半導體激光吸收光譜(TDLASTDLAS探測的波段是215pm的中紅外區(qū),是分子振動和轉動光譜區(qū),譜線非常豐富密集,要達到選擇性很強、靈敏度很高的檢測,就需要很高的光譜分辨率,能夠分辨特定分子的振一轉結構,光譜線寬的典

6、型值要達到2×i0_3cm_1(60MHz,只有這樣,才能避免其它大氣分子的干擾,特別是普遍存在的主要大氣分子HzO和C02的干擾,寬帶光源光譜儀如傅里葉變換紅外光譜儀和無色散紅外光譜儀一般不能達到如此高的分辨率,而光聲光譜中所用的C02和CO激光器,雖然具有窄線寬,但不能調(diào)諧(或調(diào) 大氣痕量氣體測量的光譜學和化學技術作者:劉文清, 崔志成, 劉建國, 謝品華, 董鳳忠, 張玉鈞, 魏慶農(nóng)作者單位:中國科學院安徽光學精密機械研究所光學環(huán)境監(jiān)測研究室,安徽,合肥,230031刊名: 量子電子學報英文刊名:CHINESE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS年,卷

7、(期:2004,21(2被引用次數(shù):9次參考文獻(38條1.Cantrell C A Carbon kinetic effect in the oxidation of methane by the hydroxyl radical 19962.Perner D;Platt U Detection of nitrous acid in the atmosphere by differential optical absorption 19793.Grant W B;Kagann R H;McClenny W A Optical remote measurement of toxic gases

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