分步激發螢光檢測大氣氫氧自由基基礎研究

《分步激發螢光檢測大氣氫氧自由基基礎研究》是依託北京大學，由王會祥擔任負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：分步激發螢光檢測大氣氫氧自由基基礎研究
• 項目負責人：王會祥
• 項目類別：面上項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

氣候變化和大氣環境研究前沿幾乎都與大氣 OH 有關。大氣中OH 的濃度低，活性高，現場檢測十分困難，僅有幾個國家能夠在野外檢測。其中採用雷射誘導螢光原理的檢測數據可靠。儀器包含泵浦和染料兩台雷射器，因笨重難以野外和航測。本項目提出分步激發螢光檢測OH的方法，激發光源波長落在可見和近紅外波段，有可能用半導體雷射替代兩台大型雷射器，縮減體積和重量，便於野外和航測，也消除共振螢光裝置中的人為產生OH和激發光干擾的影響。採用Fabry-Perot掃描干涉儀執行波長掃描，得到轉動光譜支項，做為定性和定量檢測依據。研究內容包括：分步激發螢光檢測OH的激發效率、操作條件、檢測靈敏度以及檢測大氣OH的可行性、半導體雷射器替代的可能性。在大氣OH自由基檢測領域，本項目提出的高振動態激發、Fabry-Perot掃描干涉儀替代染料雷射器做微區間掃描以及半導體雷射替代兩台大型雷射器的思想，沒有文獻報導都是原創。

結題摘要

本項目針對氣候變化和大氣環境研究前沿急需的大氣OH自由基檢測儀器小型、便攜、低造價的要求,進行基礎性研究，提出分步激發螢光檢測 OH 的方案，激發光源波長落在可見和紅外波段，尋找半導體雷射器替代現行共振螢光檢測裝置中兩台大型雷射器，縮減體積和重量，便於野外和航測，同時 消除共振螢光裝置中的人為產生OH和激發光干擾的影響。 項目實施中分期建造了兩套OH自由基發生器，包括高純氮乾燥過濾及超聲噴霧定量引入水蒸氣的OH自由基標準發生源、一套Fabry-Perot掃描干涉儀和兩套檢測池及螢光檢測器用於實驗研究。實驗中先後採用1430nm、979nm、351nm、392nm、449nm半導體雷射光源以及LED光源，研究OH自由基濃度為10^9/立方厘米標準氣體的分步激發的方案，得到OH自由基螢光信號。 研究表明：使用替代光源分步激發的方法是可行的，但是需要線寬窄的光源。目前缺乏窄線寬半導體雷射器的條件下，還不能檢測濃度低於10^9/立方厘米的OH自由基。使用中科院化學所王瑋罡課題組的可調諧雷射器產生351nm雷射，配合1430nm半導體雷射器研究兩步激發方案。由於使用的化學所雷射器重複頻率只有10Hz，308nm的螢光信號信噪比低、不穩定，數據重現性不好。又用北大環境學院朱彤、左澎實驗室的飛秒雷射器產生351nm紫外雷射，研究新生振動激發態OH自由基的螢光信號，得到振動激發態的螢光計數信號。在低壓汞燈電流為20mA，樣品氣中相對濕度大於80%時，新生振動態激發到電子激發態的螢光計數值在1-53/5min之間波動。計數值低、不穩定。原因是飛秒雷射器譜線線寬約200cm^-1，儘管雷射脈衝的功率很大，以至於空氣幾乎發生光致電離放電，由於所需的譜線線寬小於0.2^cm-1，其能量還是太低，致使螢光信號很弱。 本研究得到以下結果：1.在OH自由基標準發生器中採用超聲噴霧方法定量向體系內加入水蒸氣，從而達到控制生成的OH自由基濃度；2.驗證了分步激發螢光檢測OH自由基使用替代光源的可行性；3.依據本項目的研究和參考文獻，得出結論：如果有了窄線寬的351和357nm的半導體雷射器或者固體雷射器，可以實現大氣OH自由基檢測儀器小型、便攜、低價。