激光光谱技术在环境监测中的应用专题系列_激光光谱学方.pdf

激光光谱技术在环境监测中的应用专题系列(Ⅳ)
激光光谱学方法测量大气中OH自由基3

聂劲松1,2张为俊1杨勇1秦敏1
(1中国科学院安徽光学精密机械研究所激光光谱学开放实验室合肥230031)
(2中国人民解放军电子工程学院光电子教研室合肥230031)

摘要OH自由基是大气中起核心作用的一种微量成分,其定量测量一直是环境化学研究的一个难点.激光光
谱学方法由于其诸多优点而在这一领域有着较为成功的应用,文章综述了其中最重要的三种:激光诱导荧光法、长
程光吸收法和衰荡光谱法.
关键词OH自由基,激光诱导荧光,长程光吸收,衰荡光谱

THEMEASUREMENTOFHYDROXYLRADICALSBYLASERSPECTROSCOPY

NIEJin2Song1,2ZHANGWei2Jun1YANGYong1QINMin1
(1LaserSpectroscopyLaboratory,AnhuiInstituteofOptics&FineMechanics,ChineseAcademyofSciences,Hefei,230031China)
(2PhysicsDepartment,InstituteofElectronEngineering,PLA,Hefei,230031China)

AbstractHydroxylradicalsplayakeyfunctionintheatmosphere.ThemeasurementofOHradicalsisveryim2
portantinthestudyofatmospherechemicals,andlaserspectroscopyhasbeensuccessfullyappliedtothisfield.Three
importantmethodsoflaserspectroscopy,laserinducedfluorescence,long2pathabsorptionandring2downspectroscopy
arereviewed.
Keywordshydroxylradical,laserinducedfluorescence,long2pathabsorption,ring2downspectroscopy

过分.在大气中存在的自由基中,OH自由基的地位
1OH自由基在大气中的作用最为重要,其重要性表现在两个方面;一方面是其氧
化性最强,如在对流层大气中,臭氧的浓度一般要比
地球大气成分从其寿命来看可分为以下几类:OH自由基浓度大5个数量级,但OH自由基的氧化
第一类为长寿命物质,如氮气、氧气、惰性气体、二氧性要比臭氧大6个数量级,因此就氧化性而言,在对
化碳、甲烷等,他们的寿命一般大于一年,不同地区流层大气中OH自由基的重要性比臭氧要大.由于

之间的差别较小,是大气中的常态物质.第二类物质大气中的很多成分,如CO,CH4,C2H6,H2,CH3Cl,

为短寿命物质,如绝大多数非甲烷有机物,各种含氮CH3Cl3,CH3SCH3,CH3Br,H2S等主要都是是通过与
含硫化合物,他们的寿命一般为小时和天量级,不是OH自由基反应而被清除出大气的,因此OH自由基
大气中的常态物质,浓度随时间地点不同差异较大.浓度决定了它们在大气中的寿命,由此又决定了这
这一类物质本身或其演化产物一般对人类和植物有些物质的大气浓度.另一方面是OH自由基在大气
害,是我们所称的污染物.第三类为自由基,如OH光化学反应中起初始化作用,即对流层太阳光的紫
外成分产生自由基自由基与大气中的有机
自由基、RO2自由基、臭氧、NO3、原子氧等,它们的寿OH,OH
命从几秒钟到几年不等,在大气中的浓度远小于第物反应产生其他自由基,从而起动了大气中的整个
氧化链由于大气中的微量物质种类繁多它们之间
一类,一般也小于第二类,其特点为原子核外存在不.,
相互影响关系极端复杂其中自由基起核心作
成对电子,是极强的氧化剂.他们在大气中由光化学,,OH
用所以精确地测量自由基浓度对理解对流层
反应产生,作用为氧化自然和人类产生的各类有机,OH
物和还原含氮含硫化合物,并最终通过沉降将它们
清除出大气,因此称它们为大气中的清道夫丝毫不32001-02-05收到,2001-02-20修回
31卷(2002年)1期·13·

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光化学过程是至关重要的.图1简略地描述了OH时通过在相同条件下测量一已知浓度的被测物质的
自由基与大气中其他微量气体的关系.荧光来获得荧光强度与物质浓度之间的比例关系,
即定标.根据荧光强度和定