[发明专利]一种同步光解H2O和O2的装置及相关方法

说明书

本发明公开了一种同步光解H₂O和O₂的装置，包括流动管、光路与光强探测单元、光解原料气体供给单元以及吸收气体供给单元；所述光解原料气体供给单元与所述流动管连通；所述光路与光强探测单元包括光源、光电转换元件以及光强吸收池，所述光源与所述光电转换元件分别位于所述流动管的径向方向相对两侧，所述光强吸收池位于所述光源与所述流动管之间，所述光源发出的光线穿过所述光强吸收池和所述流动管照射在所述光电转换元件上，所述吸收气体供给单元与所述光强吸收池连通。本发明通过吸收气体供给单元向光强吸收池中通入不同浓度的吸收气体来调节入射光线的强度大小，可以实现对光源发射的光线性吸收而不会对氧气吸收截面带来较大的影响。

技术领域

本发明涉及大气监测领域，具体地说涉及一种同步光解H₂O和O₂的装置及相关方法。

背景技术

在对流层光化学中，OH和HO₂自由基扮演着关键的角色，是衡量大气的氧化能力的一项指标，与大气灰霾问题存在紧密的联系。OH自由基具有较高的活性，可以与其他大气中的痕量气体反应例如CO、VOCs、SO₂、NOx等。由于OH自由基寿命短浓度低(大气中OH自由基浓度10⁶cm^-3)，准确测量OH自由基的浓度一直是大气化学领域一项具有挑战性的工作。目前，主要使用测探测技术有气体扩张激光诱导荧光技术(FAGE)、CIMS、差分吸收光谱技术(DOAS)等。FAGE技术凭借着探测限低、背景干扰小、可建立移动操作装置等优点，成为应用广泛的OH自由基外场测量技术。

目前，FAGE探测系统需要通过定标实验提高探测的精确性，定标方法有以下三种:1)直接测量法，直接测量光解H₂O的光通量和光解时间计算OH自由基的浓度，标定的不确定度在±32％左右；2)烯烃和臭氧反应产生OH自由基，通过稳态模型计算OH自由基的浓度，OH自由基的浓度不确定性大约在±43％；3)持续搅拌箱式反应法(continuously stirredtank reactor,CSTR)，在一个经过紫外辐射的由特氟龙FEP材料制作而成的持续搅拌箱式反应器中，OH自由基的浓度通过同步测量烃类(Hydrocarbon，简称HC)与OH自由基反应的消耗速率来计算(Hard et al.1986；Chan et al.1990)，这种方法的定标不确定度在±36％左右。

其中，水汽的同步光解法因其不确定度低，标定的不确定度在±23％左右，易于外场标定等特点成为目前FAGE探测系统的主要标定方法。

同时，随着大气HOx自由基化学研究的深入，观测条件已从清洁大气地区转向高污染大气或城镇地区(Report of the International HOx Workshop 2015)，为保证复杂的大气条件下HOx自由基测量数据的准确性，需要更高的标定准确度和更频繁的标定次数。从同步光解法标定的结果来看，臭氧浓度测量、氧气吸收截面、水汽吸收截面、以及水汽依赖因子构成系统不确定度的主要来源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可用于FAGE探测系统定标，准确性更高的同步光解H₂O和O₂的装置及其相关方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种同步光解H₂O和O₂的装置，包括流动管、光路与光强探测单元、光解原料气体供给单元以及吸收气体供给单元；所述光解原料气体供给单元与所述流动管连通；

所述光路与光强探测单元包括光源、光电转换元件以及光强吸收池，所述光源与所述光电转换元件分别位于所述流动管的径向方向相对两侧，所述光强吸收池位于所述光源与所述流动管之间，所述吸收气体供给单元与所述光强吸收池连通，所述光源发出的光线穿过所述光强吸收池和所述流动管照射在所述光电转换元件上。