利用TILDAS技術(shù)航測大氣中HCOH和HCOOH

大氣甲醛(HCHO)是烴類光氧化產(chǎn)物，也是HOx自由基前驅(qū)體。在對流層，主要是通過甲烷的氧化形成的，而在陸地邊界層中，異戊二烯的氧化可以主導(dǎo)HCHO的產(chǎn)生。HCHO的光化學(xué)性質(zhì)可以用來做HOx形成的模型預(yù)測。甲酸(HCOOH)的來源包括異戊二烯氧化、生物排放和生物量燃燒。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)氣溶膠大氣氧化產(chǎn)生氣相HCOOH和HCHO。深入的了解光化學(xué)臭氧形成、大氣硫氧化和SOA形成所涉及的機(jī)制，對于理解全球氣候變化是必要的。HCHO是其形成和處理的重要指標(biāo)。同時測量HCHO和HCOOH可以為改進(jìn)的SOA形成和傳輸模型提供信息。

哈佛大學(xué)Rodrigo聯(lián)手Aerodyne公司Scott和David等人，在2004年于新西蘭上空，進(jìn)行了機(jī)載航測空氣質(zhì)量，時時監(jiān)測大氣中的HCHO和HCOOH變化。實(shí)驗(yàn)采用Aerodyne Dual laser監(jiān)測儀，該光譜儀用于同時測量兩個QC激光器的吸收(樣品)、脈沖歸一化(參考)和頻率鎖定光譜。Aerodyne光學(xué)設(shè)計(jì)的一個關(guān)鍵特性是，這兩個激光源沿著幾乎相同的光路傳播，并共同聚焦在相同的探測器元件上。這大大降低了光學(xué)的復(fù)雜性。兩個激光器之間的間隔為200μS，采集頻率10HZ。光譜數(shù)據(jù)為2004年7月5日過境飛行數(shù)據(jù)的5分鐘平均值。雙激光中一個激光頻譜為1765cm-1，監(jiān)測HCHO和HCOOH；另一個激光頻譜為967cm-1，監(jiān)測NH3。本次實(shí)驗(yàn)是脈沖量子級聯(lián)激光技術(shù)在機(jī)載平臺上的首次應(yīng)用。

整個實(shí)驗(yàn)得到了四塊研究結(jié)論，包括異戊二烯氧化、火流羽事件、HCHO和HCOOH的光譜識別和城市流羽分析。

Rodrigo等人通過本次實(shí)驗(yàn)認(rèn)為：Aerodyne儀器比我們以前用低溫鉛鹽可調(diào)諧二極管激光器部署的儀器更小、更緊湊。結(jié)合飛機(jī)上其他儀器的數(shù)據(jù)，這些觀測結(jié)果揭示了異戊二烯氧化產(chǎn)生的HCHO和HCOOH的來源、老化森林火羽中增強(qiáng)的HCOOH的觀測結(jié)果，以及城市外流中二次人為烴氧化的證據(jù)。這些數(shù)據(jù)將有助于繼續(xù)模擬大氣碳?xì)浠�合物氧化和次生有機(jī)氣溶膠的形成和去除。TILDAS技術(shù)的靈敏性和選擇性，可以在更廣泛的小型機(jī)載平臺上，對一些重要的微量氣體進(jìn)行自主的常規(guī)性檢測。

Aerodyne HCHO和HCOOH痕量氣體監(jiān)測儀：

• 精度precision

• 在進(jìn)氣口提供了顆粒分離裝置和活性鈍化裝置，且可達(dá)到小于1s的響應(yīng)時間
• 快速響應(yīng)時間：10HZ
• 16通道閥控制的復(fù)雜采樣系統(tǒng)，獨(dú)有的sample/reference切換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動化背景校準(zhǔn)
• 強(qiáng)大的TDLWintel軟件，提供靈活的儀器控制和實(shí)時數(shù)據(jù)分析，直接得到需要的通量結(jié)果，并將原始數(shù)據(jù)和通量結(jié)果文件進(jìn)行存儲。
• 顯示及控制：可遠(yuǎn)程操控，無人值守
• 樣品流速：標(biāo)準(zhǔn)0~20slpm，可選擇更大（500slpm）

本文獻(xiàn)：

Airborne measurements of HCHO and HCOOH during the New England Air Quality Study 2004 using a pulsed quantum cascade laser spectrometer

其他參考文獻(xiàn)：

Ellis, R. A., et al. “Characterizing a Quantum Cascade Tunable Infrared Laser Differential Absorption Spectrometer (QC-TILDAS) for measurements of atmospheric ammonia”, Atmos. Meas. Tech., 3 (2010), 397-406.