安光所在RO2自由基高靈敏探測技術方面取得新進展
時間：2025-03-20 作者：胡仁志
近期,安光所謝品華研究員團隊在過氧自由基高靈敏探測技術上取得新進展,相關研究成果以《用于過氧自由基在線測量的改進型激光誘導熒光設備:高探測靈敏度的一致性》發表在國際學術期刊Sensors and Actuators: B. Chemical上。
中國近地面臭氧濃度逐年上升,成為空氣質量改善的關注焦點。過氧自由基(HO2和RO2)與一氧化氮(NO)的反應是臭氧的主要光化學來源,實時監測過氧自由基對于準確了解臭氧生成至關重要。然而,隨著觀測場景向復雜大氣環境延伸,多組分前體物(如NOx、高活性烯烴、含氧VOCs)共存導致的反應干擾可能使測量值系統性偏離真實濃度。因此,當前過氧自由基測量技術在復雜環境中的準確性面臨挑戰。
課題組胡仁志研究員和張國賢等人創新性地將化學轉化模塊與激光誘導熒光(LIF)技術深度耦合,實現了HO2和RO2自由基的同步高靈敏探測。針對現有激光誘導熒光測量方法的化學本底干擾問題,研究團隊通過獨創的熒光池結構有效消除氮氧化物的干擾信號,將NO對檢測信號的干擾抑制至接近零水平。為校正不同 RO2自由基因反應分支比差異導致的轉化效率偏差,團隊結合條件實驗與穩定性測試數據,建立了歸一化靈敏度曲線,顯著降低了相對檢測偏差。基于上述技術突破,課題組成功研制出大氣 ROx-LIF 高靈敏探測系統,在60秒的積分時間內,RO2 自由基的檢測限為1.08 ×106 cm-3 (2σ)。在2022年合肥市科學島綜合外場觀測中,該ROx-LIF探測系統成功獲取了HO2和RO2自由基的濃度序列。通過將基于 ROx 自由基觀測數據計算的臭氧生成速率,與臭氧生成速率腔衰蕩探測系統(OPR-CRDS)的直接測量值進行對比分析,發現兩者具有較好一致性,從而驗證了兩套系統測量結果的準確性。
該研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、安徽省杰出青年基金等項目的資助。
文章鏈接: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925400524015041
(a) 不同RO2自由基探測靈敏度的NO依賴性 (b) 不同種類過氧自由基的探測靈敏度分布情況
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2022年合肥科學島觀測中,ROx-LIF系統反演的臭氧生成速率時間序列與直接測量結果的比對情況