大气痕量气体测量的光谱学和化学技术

1、 第2期刘文清等:大气痕量气体测量的光谱学和化学技术205式中圣是测量方向和垂直于烟的方向的夹角。很明显,为了精确地测量流量,正确的风速测量和正确的DIAL测量是同等重要的。图2所示的测量结果为每小时S02流量约230kg。 R。tkg/s】_NA(kg/m3.1112.gm/s_Lld。.u c。s州k/s限制DIAL技术广泛应用的主要因素是系统的复杂性,特别是激光器部分。近年来,半导体激光泵浦的Nd:YAG激光的谐波输出已用来泵浦可调谐钛宝石激光器,这种全固态高效率多波长小型紧凑激光系统的出现将使DINA技术实现突破。DIAL Fig-2S02concentration map perpe

2、ndicular 技术的另一发展趋势是与傅里叶变换光谱仪结合13】。DIAL的to the plum。高空间分辨率与傅里叶变换光谱的高光谱分辨率结合起来可实现多组份同时测量,结果使光谱分辨率大大提高,无需进行光谱重叠所需的额外测量和扣除程序。另一发展动向是DIAL技术与DOAS分析的结合用来测量H2(,即使在光束部分重叠和有薄云存在导致后向散射光信号不连续的情况下,DIAL的测量仍然是可靠的。不过上述两种技术的发展都需要宽带激光器,光参量振荡器目前已能提供14.5“m波段, 30CIIl_1线宽,20mJ脉冲能量的激光输出,已能适应宽带激光的要求,但脉冲能量尚需进一步提高,波段范围尚需进一步扩

3、展。最近,宽带激光器结合经典DOAS分析用于测量H20,这种新型、功能强大的分析方法能够适用于即使有薄云存在以及部分光束重叠的情况。2.3傅里叶变换红外光谱(FTIR在中红外波段,由于波长变长,气体分子的吸收消光现象变得很弱,DOAS技术已经没有优势。拟合整个光谱而不是分光选择的光谱可以获得更强的吸收信号。根据太阳光谱测量某一吸收体的总对流层柱体积时,广泛使用这种逐线拟合方法,与可见波段相比,红外测量的另一个优点是:可见波段的吸收受太阳夫朗禾费线干扰较大,必须测量太阳从高到底的角度的比率;在红外波段,太阳谱线可以从光谱中区别出来,在1个大气压力时谱线压力加宽大约为o.1cm,所以,中等光谱分辨

4、率就可满足大部分测量的需要。FTIR工作在红外波段,这一波段是分子的振动和转动光谱区,谱线非常丰富密集,空气中大多数痕量气体和污染气体在该谱区都有特征吸收,FTIR高的光谱分辨率,能够分辨这些特征吸收,因此特别适宜于进行多组份同时测定。FTIR与多次反射吸收池结合,探测灵敏度可进一步提高,检测限一般可达到ppbv级。FTIR已用于CO、CH4和N20的同时测定,测量的精度相当好15。机载的FTS 可进行2650600cm_1波段现场测量,光谱分别率为0.36cm-116。小型准开放光程的FTIR能够测量1500030cIn-1的波段,分辨率为0.15cm。FTIR的一个发展趋势是与DIAL技术

5、结合,已如上所述。另一个发展是从红外波段扩展到可见/紫外波段,出现了同时用二F紫外一可见一红外谱区的傅里叶变换光谱仪,可实现从310nm一20弘m整个光谱区的同时测量,在红外谱区,最大光谱分辨率为o.0035am-。,在紫外/可见区,光谱分辨率为o.03cm,可分辨308nm附近OH自由基及350nm附近BrO自由基的转动线,并用于这两种自由基的高分辨光谱测量17】。2.4可调谐半导体激光吸收光谱(TDLASTDLAS探测的波段是215pm的中红外区,是分子振动和转动光谱区,谱线非常丰富密集,要达到选择性很强、灵敏度很高的检测,就需要很高的光谱分辨率,能够分辨特定分子的振一转结构,光谱线宽的典

6、型值要达到2×i0_3cm_1(60MHz,只有这样,才能避免其它大气分子的干扰,特别是普遍存在的主要大气分子HzO和C02的干扰,宽带光源光谱仪如傅里叶变换红外光谱仪和无色散红外光谱仪一般不能达到如此高的分辨率,而光声光谱中所用的C02和CO激光器,虽然具有窄线宽,但不能调谐(或调 大气痕量气体测量的光谱学和化学技术作者:刘文清, 崔志成, 刘建国, 谢品华, 董凤忠, 张玉钧, 魏庆农作者单位:中国科学院安徽光学精密机械研究所光学环境监测研究室,安徽,合肥,230031刊名: 量子电子学报英文刊名:CHINESE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS年,卷

7、(期:2004,21(2被引用次数:9次参考文献(38条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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