大气典型α二羰基化合物的光谱探测方法和外场应用

乙二醛和甲基乙二醛是大气环境中两种最典型的α二羰基化合物,其浓度变化是大气VOCs氧化过程和反应活性的重要表征,对于研究大气VOCs氧化反应具有重要意义。大气乙二醛和甲基乙二醛具有浓度极低、寿命短、活性较强,使其浓度的准确探测具有一定的挑战性,导致外场环境的监测结果较少,缺乏大气化学反应机理分析的研究。对于α二羰基化合物的探测先后发展出化学衍生化法、质谱法等,能够有效地实现气体浓度监测,而技术也存在一定的局限。随着光学技术的进步,针对大气α二羰基化合物发展了一系列的光谱测量手段,比如差分吸收光谱、腔增强吸收光谱、激光诱导磷光、傅里叶红外光谱等技术,具有非接触、探测限低、灵敏度高、时间分辨率高等特点。综述了乙二醛和甲基乙二醛的光谱测量技术现状和发展趋势,对方法的原理、技术要点、优缺点等进行了详细的说明,列举了技术的器件参数、反演算法、探测限等关键特征,并对其国内外相关应用予以介绍。针对高活性α二羰基化合物的标定需求,详细说明并对比分析了现有条件下常用的气流稀释法、待测物溶液温控起泡器法、加热法、大气反应法等气体标定方法。对基于光谱技术的大气α二羰基化合物外场观测实验进行汇总分析,对实验条件、浓度结果、主要结论等予以总结,表明光谱技术是乙二醛和甲基乙二醛探测的有力手段,列表说明了浓度变化与一次污染排放、VOCs氧化、二次有机气溶胶生成等反应的相关性;重点讨论了甲醛、乙二醛、甲基乙二醛混合比率,得出不同环境下的混合比数值范围,表明RGF在BVOCs环境下数值较低,高混合比可能预示着人工源VOCs的影响。