二氧化氮和有机硝酸酯测量技术研究进展

二氧化氮和有机硝酸酯均是大气中非常重要的痕量气体。二氧化氮的浓度是衡量大气污染程度最重要的指标之一,同时,二氧化氮是对流层臭氧的主要来源,也是导致光化学烟雾和酸雨的重要前体物;大气中的有机硝酸酯具有低温稳定、高温易分解的特性,因此是二氧化氮的潜在源,并且对臭氧的全球分布有一定影响。因此,准确获得环境大气二氧化氮和有机硝酸酯浓度对于研究大气化学过程具有重要意义。早在20世纪五、六十年代,化学发光技术和分光光度技术就被用于环境大气二氧化氮的测量,随着技术的发展,差分吸收光谱技术、激光诱导荧光技术、可调谐二极管激光吸收光谱技术、腔衰减相移光谱技术、腔衰荡吸收光谱技术以及腔增强吸收光谱技术等纷纷被用于测量各种环境下的二氧化氮含量。对大气有机硝酸酯的准确测量在氮循环研究方面具有重要的意义。当前,有机硝酸酯的主要测量技术有气相色谱电子捕获检测以及通过热解转化为二氧化氮进行间接测量等方式。综述了国内外对环境中二氧化氮和有机硝酸酯测量技术研究现状和发展趋势,对现有测量方法的原理和优缺点进行了详细介绍和对比,并总结了各个研究方法在外场观测中的应用。

基于离轴积分腔输出光谱对泰州大气NH 3浓度观测与分析

氨(NH 3)是大气中活性氮最主要的还原形式,是形成二次无机铵盐的重要气态前体物。在中国极度污染的条件下,这些铵盐可占PM 2.5质量的40%~60%。NH 3污染不仅影响全球的光辐射强度,而且会加剧大气光化学污染。目前,城市地区氨气来源仍存在一定争议。为研究泰州地区NH 3污染情况,并深入了解NH 3的来源。2018年6月6日至15日,基于离轴积分腔输出光谱技术,开展了夏季泰州地区大气NH 3浓度的连续观测。其他污染物浓度(如NH3,NOx,CO,NH4^+)同步进行测量。观测点位距离交通枢纽300 m,观测期间NH 3的平均浓度为25.1±4.5μg·m^-3,相比国内外其他城市,该地区NH3污染处于较高水平。白天与夜间NH 3浓度均值无明显差异,但总体呈现白天降低夜晚升高的趋势。夜间温差大,大气边界层较为稳定,是污染物得以累积的原因之一;晨间NH3浓度急剧升高,主要考虑为夜间沉积在水汽中的NHx(气态NH3与颗粒态NH4^+)的蒸发所带来。随着光照进一步增强,环境水汽中NH x的蒸发逐渐结束,光化学反应过程逐渐占据主导,NH3浓度上涨速度缓慢,逐渐趋于平衡,并在之后出现迅速下降。在湿度较大的夜间,NH x的沉积过程更加明显。结合观测期间的气象参数以及与常规污染物的相关性,讨论了泰州地区的污染物变化趋势及污染水平。结果表明,大部分日期交通排放对泰州地区NH 3浓度影响较小,仅6月7日早高峰期NH3与NOx,CO相关性较好,R^2分别为0.740与0.911,推测当日交通排放影响较大,交通源是NH 3的重要局地源。进一步进行了后向轨迹分析,比较了观测期间不同气团所导致的污染物浓度变化。结合观测结果分析可知,观测点西北方向工业园区污染排放可能是导致6月10日夜间污染事件的重要原因。

基于热解腔衰荡光谱技术对二氧化氮和有机硝酸酯同步测量研究

基于腔衰荡技术搭建了一套热解双腔式腔衰荡光谱(TD-CRDS)探测系统用于环境大气二氧化氮(NO2)和有机硝酸酯(Organic Nitrate,ON)的快速同步测量。二氧化氮是通过其对406 nm处激光的吸收来直接进行测量的,而有机硝酸酯是通过将其在450℃高温下热解为NO2进行间接测量的,在该温度下,ON的转化效率可达到99%。使用中心波长为406.02 nm的激光器,经NO2高分辨吸收截面与激光光谱卷积获得NO2的有效吸收截面为5.74×10^-19 cm^2·molecule^-1;对加热装置进行稳定性测试,确定最佳流速为1 L/min;NO2腔与ON腔同步测量环境大气中的NO2具有非常好的一致性,相关性系数R2为0.99。经优化,本探测系统的探测限可达2.42×10^9 molecule·cm^-3(标准差为3σ,时间分辨率为1 s)。将TD-CRDS系统与长光程差分吸收光谱(LP-DOAS)测量的NO2进行对比,两者一致性较好,R2为0.93,说明系统测量具有较好的准确性。将该系统应用于外场实验中,获得了NO2和ON的浓度序列。