[发明专利]一种测量单重态氧绝对浓度的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量单重态氧(O₂(a¹Δ))绝对浓度的方法以及使用此方法的测试装置。特别涉及一种利用红外辐射衰减法来测量单重态氧绝对浓度的方法和测试装置。

背景技术

单重态氧O₂(a¹Δ)是氧分子的最低电子激发态，是一种长寿命的亚稳态分子，在自然界的光化学、光物理和生命过程中起着非常重要的作用，长期受到人们极大的关注。而且，它还是当代最大功率短波长化学激光-氧碘化学激光(COIL)的直接能源，其绝对浓度和产率(即O₂(a¹Δ)与总O₂之比)是评价整个COIL系统性能的两个重要参数。在过去的30多年来，许多COIL研究人员一直在努力寻找一种简单、准确、快速的方法来测量O₂(a¹Δ)的绝对浓度和产率。

目前，在COIL领域获得成功应用的O₂(a¹Δ)检测方法主要有三类。1)自发拉曼光谱法，通过比较其拉曼光谱中O₂(a¹Δ)和基态氧O₂(X)的谱线强度来确定O₂(a¹Δ)产率(即O₂(a¹Δ)与总氧的浓度之比)；它不受窗口污染和探测系统几何位形变化的影响，是目前O₂(a¹Δ)产率测量最为准确的一种方法；但要想获得O₂(a¹Δ)绝对浓度就需要加入已知流量的N₂作为基准，这对COIL性能会产生不利的影响。2)吸收光谱法，包括二极管激光吸收光谱法、内腔激光光谱法和光腔衰荡光谱法，利用O₂(X³∑_g^-→b¹∑g⁺)在762nm附近的吸收跃迁直接测量O₂(X)浓度，再根据325nm紫外吸收法测量的Cl₂利用率间接算出O₂(a¹Δ)浓度，从中引入的误差较大。而且O₂(X³∑_g^-→b¹∑_g⁺)跃迁为磁偶极跃迁，吸收很微弱，需要精心设计和布置光路才能获得较好的吸收曲线，在COIL较为恶劣的测量环境，如振动和窗口污染等影响下很难进行测量。此外，以上1)和2)两种方法都需利用激光器作为额外探测光源，实验装置比较复杂、昂贵。3)红外辐射法，通过探测O₂(a¹Δ→X³∑_g)在1.27μm的红外辐射直接获得O₂(a¹Δ)浓度，不需要额外探测光源，历史上是O₂(a¹Δ)测量的一种普遍方法，具有简单直接的优点。然而，这种方法过去一直需要采用一些其他方法(如等温量热法等)来预先校准红外探测系统的响应系数，因而它也很容易受到窗口污染和探测系统几何位形变化等因素的影响。

上述这些现有的测量方法和装置都不同程度地存在着一些这样或那样的缺点和不足，有的方法要求实验装置比较复杂、昂贵，有的误差较大；而有的又需要额外标定探测系统的响应系数，且容易受到窗口污染和探测系统几何位形变化等因素的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种实时测量O₂(a¹Δ)绝对浓度的方法和装置。这种方法不需要额外标定红外探测系统的响应系数，不受窗口污染和探测系统几何位形变化等因素的影响；且实验装置和操作方法非常简单。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：