中國電子元件行業(yè)協(xié)會
China Electronic Components Association
近期，中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所（簡稱：安光所）謝品華研究員團(tuán)隊(duì)在過氧自由基高靈敏探測技術(shù)上取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以《用于過氧自由基在線測量的改進(jìn)型激光誘導(dǎo)熒光設(shè)備：高探測靈敏度的一致性》發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Sensors and Actuators: B. Chemical上。
中國近地面臭氧濃度逐年上升,成為空氣質(zhì)量改善的關(guān)注焦點(diǎn)。過氧自由基（HO?和RO?）與一氧化氮（NO）的反應(yīng)是臭氧的主要光化學(xué)來源，實(shí)時(shí)監(jiān)測過氧自由基對于準(zhǔn)確了解臭氧生成至關(guān)重要。然而，隨著觀測場景向復(fù)雜大氣環(huán)境延伸，多組分前體物（如NOx、高活性烯烴、含氧VOCs）共存導(dǎo)致的反應(yīng)干擾可能使測量值系統(tǒng)性偏離真實(shí)濃度。因此，當(dāng)前過氧自由基測量技術(shù)在復(fù)雜環(huán)境中的準(zhǔn)確性面臨挑戰(zhàn)。
安光所課題組胡仁志研究員和張國賢等人創(chuàng)新性地將化學(xué)轉(zhuǎn)化模塊與激光誘導(dǎo)熒光（LIF）技術(shù)深度耦合，實(shí)現(xiàn)了HO?和RO?自由基的同步高靈敏探測。針對現(xiàn)有激光誘導(dǎo)熒光測量方法的化學(xué)本底干擾問題，研究團(tuán)隊(duì)通過獨(dú)創(chuàng)的熒光池結(jié)構(gòu)有效消除氮氧化物的干擾信號，將NO對檢測信號的干擾抑制至接近零水平。為校正不同RO?自由基因反應(yīng)分支比差異導(dǎo)致的轉(zhuǎn)化效率偏差，團(tuán)隊(duì)結(jié)合條件實(shí)驗(yàn)與穩(wěn)定性測試數(shù)據(jù)，建立了歸一化靈敏度曲線，顯著降低了相對檢測偏差。
(a) 不同RO?自由基探測靈敏度的NO依賴性；(b) 不同種類過氧自由基的探測靈敏度分布情況
基于上述技術(shù)突破，課題組成功研制出大氣ROx-LIF高靈敏探測系統(tǒng)，在60秒的積分時(shí)間內(nèi)，RO?自由基的檢測限為1.08 ×10? cm?3 (2σ)。在2022年合肥市科學(xué)島綜合外場觀測中，該ROx-LIF探測系統(tǒng)成功獲取了HO?和RO?自由基的濃度序列。通過將基于ROx自由基觀測數(shù)據(jù)計(jì)算的臭氧生成速率，與臭氧生成速率腔衰蕩探測系統(tǒng)（OPR-CRDS）的直接測量值進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)兩者具有較好一致性，從而驗(yàn)證了兩套系統(tǒng)測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
2022年合肥科學(xué)島觀測中，ROx-LIF系統(tǒng)反演的臭氧生成速率時(shí)間序列與直接測量結(jié)果的比對情況
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、安徽省杰出青年基金等項(xiàng)目的資助。
