超高分辨差分吸收光谱技术测量火焰中OH自由基

目前拥 有 ＯＨ 自由基在 线快 速连 续探测 技 术 的研究 单
位 ，主要分布在德 国、英 国、日本 和美 国。２ Ｏ世 纪 ８ ０年代 ， ＯＨ 自由基的测量主要有放射性碳 氧化技术 ， 杨酸过 滤液 水 相 色谱 检测 技术 和 自旋捕 集电子 自旋共振或气相色谱一质谱 检测技 术 。近期 ，ＯＨ 自由基 的测量技 术主要 有 ： 体扩 张 气 激光诱导荧 光技术 （ ＡＧ 、 分 吸收光 谱技 术 （Ｘ Ａ ） Ｆ Ｅ） 差 Ｉ ） Ｓ 和
层 太阳光的紫外成分产生 Ｏ 自由基 ，ＯＨ 自由基与 大气 中 Ｈ
的有机物反应产生其他 自由基 ， 从而启动 了大气 中的整个氧
化学 电离质 谱技术 （ Ｉ ） 其 中前两种是 光谱方法 ， Ｃ ＭＳ 。 后一种
是化学方法 。差分吸收光谱技术与另两种技术相 比具有更 高 的测量准确度 。目前 我国在 ＯＨ 自由基 的现场测 量技术和设 备上还是空 白。
Ｄ ｒ 、Ｐａｔ １８ ｏｎ ｌｔ在 ９ ８年 、Ｈｏｚｍａ ａ ｓ １ ９ ｆｕ ｈ ｕ 在 ９ １年 、Ｍｏ ｎ 在 ｕｔ
１９ ９ ２年都 分别对对 流层 中 的 ＯＨ 自由基进 行 了监测 。长光 程差 分吸收光谱技术可以利用痕量气体的“ 指纹吸 收” 对对流
基金项 目： 国科 学 院 重 大科 研 装 备 研 制 项 目（ Ｚ ０ ７ ７ ，国 家 自然 科 学 基金 项 目（ ０ ０ ０ ５ 和 安 徽 省 优 秀 青年 科 技 基 金 项 目 中 Ｙ ２０２ ） ４８５ １）
第 ３ 卷 ， １ 期 ｌ 第 ０
２０１１年 １ ０月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖ １ １Ｎ ．０ｐ２５—６３ ｏ ３ ， ｏ１ ，ｐ６９２６ ．
Ｏｃ ｏ ｅ ，２ １ ｔｂｒ ０ １
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃｒ ｌ ｐ ｃｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａｙ ｉ Ａｎ ｌ ｓｓ
精喷灯火焰 中的 ０Ｈ 自由基进行 了监测 ，并反演了它们的浓度 。 关键词 高分辨差分吸收光谱 ；ＯＨ 自由基 ；中阶梯光栅光谱仪 文献标识 码 ： Ａ Ｄ Ｉ ０３ ６￣．ｓｎ １ ０—５ ３ ２ １ ）０２ ５ —５ Ｏ ：１． ９ ４ ｉ ． ０ ００ ９ （０ １ １—６ ９０ ｓ 程的理论研究进行得 相 当充 分ｌ ］ ４ ，为了测量 ＯＨ 自由基浓
中图分类号 ： ３ ． ０４ ３ １
引 言
（Ｈ 自由基是大气 中最重要 的氧化 剂 ，它不仅 是大气 氧 ） 化能力 的重要指 标 ， 也是痕量污染气体 自清洁能 力的一个 度 量… 。对流层大气 中几乎 所有 可被氧 化的痕 量气 体包括 Ｃ Ｏ
度， ２ 近 Ｏ年来 众多的科 学家做 了大量 的工作ｌ ］ ７ ，但 由于大
气环境中 ＯＨ 化 学 活性 高 ，时 空变 化 剧烈 ，寿命 只 有几 秒
（ 在清洁大气 中寿命约 １ ， 污染大气 中约 １ ） 而且 ， Ｓ ０ｍｓ ， ｏＨ 浓 度极低 ， 于万亿 分之一 （０ ～ １ ｔｏ ・ｃ ） 小 １ ０ ｏ ｌ ｍ ，ＯＨ 的 准 确的测量在技 术上是一种挑战 ， 一直是地 球物理学 的一个
为光源 ； 使用基 长为 ２ 反射次数 １ ６ ，总光程为 ３５ ０Ｉ Ｏｍ， ７次 ２ ｎ的怀特结构多次反射池扩展光程 ； 使用光 谱
分辨率为 ３ ３ｐ 的超高分辨中阶梯光栅光谱仪 作为光 谱采集 系统 。该 系统满足 对 （Ｈ 自由基单根 吸收谱 ． ｍ ） 线测量的需求 。 验获得了 ＯＨ 自由基在 ３ ８ｍ 附近 的 ６条特征吸 收峰 。 用此方法对 蜡烛 、酒精灯 、酒 实 ０ 利
化链 。 大气 中的微 量物质 种类繁 多 ， 们之 间相互 影响 ，关 它 系极端 复杂 ， 中 ＯＨ 自由基起核 心作用 。人为 污染物 的大 其
量 排放 已经使大气氧 化性能 受到 了严重 的扰 动ｌ ］ ２ ，这些 扰 动 主要表现在对流层 大气 Ｏ 度的显 著升 高、全球 平均 大 浓 气 氧化 能力的显著下降和受污染 的大陆对流层 氧化能力的显 著增强 （ 如我 国大城 市出现 的光化 学污染） 。大气 Ｏ 化学 反 Ｈ 应过程 能够影响区域和全球 的气候变化 、大气臭 氧水平 以及 酸沉降 等重 大环境问题 ， ＯＨ 自由基 的研究有 助 于认 识 区域 性和全球性 大气 光化学复合污染 。 国内外 早期 的工 作对 ＯＨ 自由基 在对 流层 中的化 学过
难题。
和 Ｃ 化合物 （ Ｈ 光化学 烟雾前体 物 ） 温 室气 体 、酸沉 降 、氧 、 化 ＶＯ （ 次有机气溶胶 的前体物 ）２ ＣｓＺ． ＿ 等都是 与 ＯＨ 自由基
反应而通过沉 降被清 除出大气 的 。与 ０Ｈ 自由基 的反应是它 们降解 的快速步骤 ， 因此 ＯＨ 自由基的浓度决定 了它们在大 气对流层 中的寿命 以及浓 度分布 。 ＯＨ 自由基在大气光化学反应 中起初 始化作 用 ，即对流
收稿 日期 ：２ １— １２ ， ０ ０１—５ 修订 日期 ：２ １ ～３０ ０ １０—３
长光程差分 吸 收光 谱技 术 对于 测量 对 流层 大气 中 ＯＨ 自由基 以及其 他痕 量气 体是 一种 非 常好 的方法 。Ｈｕ ｌ 在 ｂｅ ｒ
１８ ４年率先使用高分辨差分吸收光谱技术对对 流层 中的 ＯＨ ９ 自由基进行 了测量 ，与此 同 时 ，Ｐ ｒｅ 在 １８ ｅｎｒ ９ ７年 、（ ｌｅ 、 ； ｌｓ ａｉ
超 高 分 辨差 分 吸 收光 谱 技 术测 量 火焰 中 ＯＨ 自 由基
刘 宇 ，刘文清 ，阚瑞 峰 ，司福祺 பைடு நூலகம்许振宇 ，胡仁志 ，谢 品华
中国科学院安徽光学精密机械研究所 ，国家环境光学监测仪器工程技术研究 中心 ， 安徽 合肥 ２ ０ ３ ３０１
摘
要
介绍 厂超高分辨差分 吸收光谱 测量火焰 中 ＯＨ 自由基 的实验方法 与结果分 析。实验 以准直 氙灯作