[发明专利]一种高精密腔臭氧光化学净生成速率的测量系统和方法

说明书

本发明公开了一种高精密腔臭氧光化学净生成速率的测量系统和方法，其中系统包括光化学反应模块、与光化学反应模块相连的供有一氧化氮标气的臭氧转化模块以及与臭氧转化模块相连的高精密腔二氧化氮与臭氧浓度之和的测量模块；基于高精密腔二氧化氮与臭氧浓度之和的测量系统，通过与光化学反应模块以及臭氧转化模块结合，控制两个光化学反应管中的自由基化学过程，分别获得发生自由基化学与不发生自由基化学的臭氧与二氧化氮浓度之和，用差值的方式计算获得仅仅由自由基化学所产生的臭氧量，由差分臭氧量除以通过光化学反应模块的平均停留时间获得臭氧光化学净生成速率，本发明结构简单，容易操作，而且测量准确性高，能够得到广泛地应用。

技术领域

本发明涉及大气环境监测领域，具体涉及一种高精密腔臭氧光化学净生成速率的测量系统和方法。

背景技术

臭氧的光化学特性十分复杂，这使得减少臭氧浓度的策略在实行时具有一定的挑战性，而臭氧的产生来源于环境大气中的光化学反应、表面沉积和当地的气象条件。高臭氧事件的典型气象条件一般是轻风或无风结合强太阳辐射和高温，这种情况下表征臭氧污染的最关键的参数就是臭氧的光化学净生成速率。如果能够直接实时监测到当地的臭氧光化学净生成速率，则可以通过比较臭氧产量的直接测量值与测量到的臭氧光化学净生成速率，分离导致臭氧浓度变化的化学和气象因素，进而区分臭氧的外界输送量与臭氧的本地产生量。为国家臭氧污染防治提供理论依据，进一步明确臭氧与前体物响应关系及前体物控制区，便于实施有目标、有计划地实施前体物的减排工作，最大限度地减少重点时段臭氧高污染过程的影响。

目前气体的光谱测量技术主要有化学发光检测技术、激光诱导荧光光谱技术、差分吸收光谱技术、可调谐二极管激光吸收光谱技术等。高精密腔吸收光谱技术是一种基于高精密腔的高灵敏测量技术，主要通过测量高精密腔中有无待测气体时的衰荡时间τ来计算待测气体浓度，衰荡时间会与高精密腔两端的高反镜，腔长以及腔内介质的散射和吸收有关，与光源光强的变化无关，具有灵敏度高，信噪比高，抗干扰强的特点。通过将激光器中心波长与待测气体标准吸收截面卷积后获得待测气体吸收截面σ，由光电倍增管(PMT)采集经过高反镜多次反射后的透射光强并进行拟合得到衰荡时间τ与本底衰荡时间τ₀，再根据公式计算待测气体浓度：

其中A为待测气体的浓度，R_L是有效腔长，即腔长与腔内气体单次吸收光程长的比值，c是光速，σ为待测气体的吸收截面，τ为高精密腔内有待测气体时的衰荡时间，τ₀为高精密腔内无待测气体时的本底衰荡时间。本系统在前端加了一个臭氧转化模块，从而直接测量臭氧+二氧化氮的浓度。再通过与光化学反应模块结合，实现了臭氧光化学净生成速率的精确测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高精密腔臭氧光化学净生成速率的测量系统和方法，以实现了臭氧光化学净生成速率的精确测量。

为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种高精密腔臭氧光化学净生成速率的测量系统，其包括：

光化学反应模块、与所述光反应模块相连的供有一氧化氮标气的臭氧转化模块以及与所述臭氧转化模块相连的高精密腔二氧化氮与臭氧浓度之和的测量模块；

所述光化学反应模块包括光反应模块、暗反应模块以及分别与所述光反应模块、暗反应模块相连的Teflon过滤器，所述光反应模块由光反应管与承载结构组成，所述暗反应模块由暗反应管与承载结构组成；

所述臭氧转化模块包括浓度不低于500×10^-6的一氧化氮标气、一氧化氮滴定管、FeSO₄净化管以及质量流量计，一氧化氮标气由所述质量流量计控制，通过所述FeSO₄净化管与采样大气混合再与所述高精密腔二氧化氮与臭氧浓度之和的测量模块对接；