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放大二氧化氮身份标志迅疾锁定大气传染“罪魁”

  指日,中国科学院合肥物质科学切磋院安徽光机所张为俊切磋员团队正在大气二氧化氮探测技艺方面得到新打破,团队诈骗相敏检测的振幅调造腔巩固摄取光谱技艺,创立了一种可以迅速聪明检测大气境遇中二氧化氮的新伎俩。这项切磋功劳日前揭橥于美国化学会(ACS)出书的《理会化学》上,并申请了发觉专利护卫。

  “二氧化氮是对流层大气中重要的污染物,它的原因重要包罗交通运输排放和工业坐蓐经过中的化石燃料燃烧、农作物秸秆等生物质燃烧、大气当中的闪电幽静流层光化学反响等经过。”中国科学院合肥物质科学切磋院安徽光机所的周家成博士告诉科技日报记者,大气中的二氧化氮对臭氧和二次颗粒的天生也起着紧要用意,是变成酸雨的紧要缘由之一。

  “二氧化氮的光解是对流层臭氧的重要原因之一,其参加了光化学反响以及光化学烟雾的变成。”周家成说,二氧化氮通过光化学反响形成硝酸盐二次颗粒,导致大气能见度消浸并进一步低浸氛围质料,是变成灰霾的重要身分。同时,排放到大气中的二氧化氮可能与水蒸气爆发用意,形成硝酸和一氧化氮,进而变成酸雨。

  “正因这样,二氧化氮的高聪明确切衡量对大气化学切磋以及大气污染防控拥有紧要旨趣。”周家成说,对付少少出格操纵场景,比如青藏高原、海洋等境遇中,大气中二氧化氮浓度极低,只要高聪明的仪器本领准确衡量,进而展开相应的大气化学切磋。其余,高聪明的仪器还可能逮捕都会大气污染的深宗旨音信,比如通量等症结参数,从而更好地任事大气污染防控。

  普通而言,大气当中的每一种因素,都对应有出格的光谱,也即是相当于这种组分的出格身份识别符号特色。从道理上来讲,只消可以告竣对某种大气组分光谱的高聪明度探测,也就做到了对这种组分的准确探测。

  周家成先容,他们团队革新研发的“基于多模激光的振幅调造腔巩固摄取光谱技艺”,是将调造技艺与多模激光相维系的一种全新的高聪明度摄取光谱技艺。它的作事道理是把被调造的光强信号输入到相敏检波器中,与参考信号举办混频乘法运算,再通过窄带低通滤波器滤除掉其他噪声频率因素后,取得一个与输入信号成正比的直流信号,就可能直接用于摄取系数的盘算推算。

  “浅显地讲,即是把摄取到的二氧化氮光谱信号举办有用放大,再通过咱们开采的牢靠算法举办盘算推算,最终告竣对大气二氧化氮的准确探测。”周家成告诉记者,“基于多模激光的振幅调造腔巩固摄取光谱技艺”集成了共轴腔衰荡摄取光谱的高光注入效果、离轴腔巩固摄取光谱的低腔膜噪声,以及调造光谱的窄带高聪明度弱幼信号探测等好处,可以供应一种单纯、牢靠、低本钱和自校准的二氧化氮绝对浓度衡量伎俩。“它实用于长久不变运转、免人为庇护的二氧化氮高聪明度衡量,所以拥有很好的科研和营业操纵远景。”

  周家成告诉记者,他们研造的这台仪器用到的一个症结部件,叫做“宽带多模二极管激光器”,即可以输出波长拥有必然宽度,而且可能同时形成两个或多个纵模的激光器,它被举动所有仪器的探测光源。“恰是因为它发出的激光光源能被二氧化氮分子所摄取,以是被用来举办二氧化氮浓度的衡量。”周家成说,他们用到的这款激光器的中央波长为406纳米,带宽约为0.4纳米,它发射出的探测光源,正好可以被二氧化氮分子所摄取。

  普通而言,某种仪器或探测伎俩,正在探测某种参数时所能抵达的极限,被称为“探测极限”,也代表了仪器的最高本能目标。周家成透露,他们研造的探测技艺通过多次现实操纵验证说明,抢先探测极限浓度的二氧化氮也可以被衡量到。

  北京冬奥会功夫,中国科学院合肥物质科学切磋院安徽光机所研造的迅速聪明检测二氧化氮仪器被用于境遇大气及时正在线观测,为冬奥会高精度数值气候预告和多源景象数据协调等症结技艺伎俩供应了须要的数据声援,协同修筑了冬奥景象“百米级”预告技艺体例。

  “正在此之前,这台仪器正在北京加入了超大都会群大气复合污染成因表场归纳协同观测切磋项目,针对北京都会站点大气境遇中氮氧化物的用意展开闭连切磋,对北京市大气复合污染成因解析起到了紧要用意。”周家成透露,后续该仪器还将操纵于青藏高原配景站点展开终年观测,添补青藏高原大规模区域二氧化氮有用观测数据的空缺。

  叙起团队科研进程,周家成坦言,这个中充满了坚苦和不确定性,但如故有着良多有趣。“为了验证仪器摄取衡量实在切性,咱们先正在试验室展开差别浓度二氧化氮衡量试验,然而结果永远和预期不雷同。折腾了几个幼时后,挖掘竟然是表部锁相放大器的一个参数树立有误。”周家成说,这件事再次验证了“细节决策成败”的理由。自此今后,他每次试验前,城市贯注查抄仪器的各项参数,防守映现仿佛的题目。

  周家成说,仪器正在加入北京冬奥会观测功夫,因为观测职员正在试验前期对仪器操作不熟。

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