用吸收光譜法研究大氣化學(xué)

圖 1：附有 FERGIE 系統(tǒng)的吸收光譜實(shí)驗(yàn)裝置。

背景

英國(guó)利茲大學(xué) Daniel Stone 博士的研究小組研究大氣和燃燒化學(xué)中的氧化過程。Stone 博士對(duì)控制大氣成分和燃料燃燒的活性物質(zhì)的化學(xué)特別感興趣，例如 OH、HO2 和 Criegee 中間體 (R2COO)。他的研究需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和數(shù)值建模。

挑戰(zhàn)

Stone 博士過去進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究了 CH2OO Criegee 中間體的動(dòng)力學(xué)。這些實(shí)驗(yàn)首次直接測(cè)量了 CH2OO 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)作為壓力的函數(shù)，這是通過激光誘導(dǎo)熒光光譜法監(jiān)測(cè) HCHO 反應(yīng)產(chǎn)物而獲得的(Stone 等人，2014)。這項(xiàng)工作還表明，在大氣條件下，在 O2 存在的情況下，CH2I2 光解后會(huì)產(chǎn)生大量 CH2OO(Stone 等，2013)，這影響了對(duì)富含碘沿海地區(qū)氧化化學(xué)的理解。

此后，Stone博士的研究小組專注于開發(fā)量子級(jí)聯(lián)激光(QCL)紅外吸收實(shí)驗(yàn)，以直接在大氣條件下監(jiān)測(cè)Criegee中間體，并監(jiān)測(cè)Criegee中間體與SO2反應(yīng)中SO3的產(chǎn)生。這些實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟u(píng)估克里吉化學(xué)對(duì)硫酸和硫酸鹽氣溶膠產(chǎn)生的大氣影響，從而評(píng)估對(duì)空氣質(zhì)量和氣候變化的影響。一旦 FERGIE 集成到實(shí)驗(yàn)設(shè)置中，我就可以自由地確定觸發(fā)并能夠在單個(gè)測(cè)量日內(nèi)生成相關(guān)的時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)。

解決方案

Stone 博士使用 FERGIE 系統(tǒng)(IsoPlane 81 的先前版本)設(shè)計(jì)了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，用于測(cè)量使用高功率激光脈沖進(jìn)行閃光光解后氣體/氣體混合物的瞬態(tài)吸收。通過在實(shí)驗(yàn)設(shè)置中輕松將光纖連接到 FERGIE 光纖端口，可以利用 FERGIE 的觸發(fā)輸入與外部延遲發(fā)生器同步采集。

通過利用 FERGIE 的光譜動(dòng)力學(xué)模式(窗口高度為 50 行)，每個(gè)光譜的時(shí)間擴(kuò)展達(dá)到約 290 微秒。只需減小光譜動(dòng)力學(xué)窗口高度，即可將實(shí)驗(yàn)時(shí)間縮短 5-6 倍。這使得能夠檢測(cè)從毫秒到亞毫秒尺度的吸光度的快速變化。通過重復(fù)實(shí)驗(yàn) 100 次，靈敏度得到提高。

審核編輯 黃宇