安光所在大氣OH自由基總反應性測量方面取得新進展

　　【儀表網 儀表研發】近日，安光所張為俊研究團隊在大氣OH自由基總反應性測量研究方面取得新進展，相關研究成果《時間分辨激光閃光法拉第旋轉光譜儀：一種用于OH自由基總反應性測量和自由基動力學研究的新工具》以封面文章形式發表于Analytical Chemistry上。
 

青藏高原外場觀測實驗現場照片
 

　　OH自由基是大氣中重要的氧化劑，其快速循環反應決定著大氣中主要污染物的生成和去除。揭示OH自由基轉化機制是大氣氧化性和污染成因研究的核心挑戰，其中OH自由基總反應性(kOH’)及其反應動力學參數的準確測量極其重要。
 

　　磁旋轉吸收光譜技術(FRS, Faraday rotation spectroscopy)基于順磁性分子在縱向磁場中能級產生塞曼分裂而發生的法拉第旋光效應，入射的線偏振光產生偏振面的旋轉，通過調制解調旋光信號獲得磁旋轉吸收光譜。相比傳統的光譜方法，FRS技術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、譜線強度、吸收光程等參數，可以直接獲得OH的濃度，無需復雜的標校過程。
 

　　團隊趙衛雄研究員在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，將大型螺線管超導磁體與光學吸收多通池相結合，實現了光化學煙霧箱中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。研究結果表明，FRS技術非常適用于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用前景。
 

　　本研究在已有工作的基礎上，針對實際大氣測量，將FRS技術與激光閃光光解方法相結合，發展了一種新型的大氣OH自由基總反應性測量裝置。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總反應性的數據。與現有方法相比，該裝置的造價大大降低，易于維護，便于外場廣泛應用及臺站長期觀測，在大氣污染的應對與防治方面具有重要的實際應用價值。
 

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