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基于法拉第磁旋转光谱的高灵敏度二氧化氮传感器研究

二氧化氮传感器.jpg

法拉第磁旋转光谱技术具有灵敏度高、零背景和不受水汽、二氧化碳等非顺磁性分子干扰等优点。因此非常适合高灵敏度、高选择性探测大气顺磁性分子,如二氧化氮(NO2)、一氧化氮(NO)和OH自由基等,为研究大气中的顺磁性分子在大气物理化学、光化学反应和气候变化中的作用提供有效的测量手段。本论文报道了基于法拉第磁旋转光谱的高灵敏度二氧化氮传感器装置的建立、系统性能优化、测试和实际大气测量的研究工作。系统所用的光源为最新外腔量子级联激光器,此激光器的波长在1600 cm-1到1650 cm-1间连续可调,覆盖了1613.2 cm-1处的最佳二氧化氮(NO2)探测吸收线,对应此波长位置的激光器输出功率为135 mW。为了提高探测灵敏度,系统中采用了一个光学多通池,其物理长度为22.5cm,光在吸收池里来回反射45次后,其有效光程为10.1米。在多通池外围环绕了一个螺旋线圈,以便产生200高斯的磁场。系统的响应时间为1秒,对二氧化氮的探测灵敏度达到了100pptv(100*10-12体积比),能够实现实际大气二氧化氮的实时在线探测。此系统在美国休斯顿开展了为期3个多月的实际大气二氧化氮实时、连续不间断的长时间测量,得到了很好的结果。测量期间,传感器自动、连续不间断运行,无人值守。传感器运行状态可通过internet网络在世界任何有网络的地方进行观察和控制。这些充分证明了所建立的法拉第磁旋转光谱二氧化氮传感器的稳定性、可靠性和实用性。

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