用吸收光谱法研究大气化学

图 1：附有 FERGIE 系统的吸收光谱实验装置。

背景

英国利兹大学 Daniel Stone 博士的研究小组研究大气和燃烧化学中的氧化过程。Stone 博士对控制大气成分和燃料燃烧的活性物质的化学特别感兴趣，例如 OH、HO2 和 Criegee 中间体 (R2COO)。他的研究需要结合实验室实验、现场测量和数值建模。

挑战

Stone 博士过去进行的实验室实验研究了 CH2OO Criegee 中间体的动力学。这些实验首次直接测量了 CH2OO 反应动力学作为压力的函数，这是通过激光诱导荧光光谱法监测 HCHO 反应产物而获得的(Stone 等人，2014)。这项工作还表明，在大气条件下，在 O2 存在的情况下，CH2I2 光解后会产生大量 CH2OO(Stone 等，2013)，这影响了对富含碘沿海地区氧化化学的理解。

此后，Stone博士的研究小组专注于开发量子级联激光(QCL)红外吸收实验，以直接在大气条件下监测Criegee中间体，并监测Criegee中间体与SO2反应中SO3的产生。这些实验能够评估克里吉化学对硫酸和硫酸盐气溶胶产生的大气影响，从而评估对空气质量和气候变化的影响。一旦 FERGIE 集成到实验设置中，我就可以自由地确定触发并能够在单个测量日内生成相关的时间相关数据。

解决方案

Stone 博士使用 FERGIE 系统(IsoPlane 81 的先前版本)设计了一项实验，用于测量使用高功率激光脉冲进行闪光光解后气体/气体混合物的瞬态吸收。通过在实验设置中轻松将光纤连接到 FERGIE 光纤端口，可以利用 FERGIE 的触发输入与外部延迟发生器同步采集。

通过利用 FERGIE 的光谱动力学模式(窗口高度为 50 行)，每个光谱的时间扩展达到约 290 微秒。只需减小光谱动力学窗口高度，即可将实验时间缩短 5-6 倍。这使得能够检测从毫秒到亚毫秒尺度的吸光度的快速变化。通过重复实验 100 次，灵敏度得到提高。

审核编辑 黄宇