中科院合肥研究院研发新型“气溶胶光学吸湿增长特性测量装置”

随着现代工业的快速发展,环境污染越来越严重,而气溶胶质量浓度是评价大气环境变化的重要参数,光散射法是在线非接触测量该参数的有效方法。光散射法包括颗粒群法和单粒子法。环境相对湿度较高时,因颗粒具有吸湿性,其密度、折射率及形貌特征等物理性质发生变化,从而影响其散射光信号,此时若采用低湿度条件下系统的标定参数反演气溶胶质量浓度,将会降低其测量精度。因此,高湿度情况下必须对系统的标定参数进行修正,即确定标定参数与相对湿度之间的关系。

2014年，中科院合肥研究院研制了国际上首台腔增强反照率光谱仪，实现了气溶胶多参数光学(消光、散射、吸收、单次散射反照率)的原位、同步测量。近日，中科院合肥研究院安光所张为俊研究员课题组将腔增强反照率光谱仪与湿度快速调节系统相结合，发展了一种新型的气溶胶光学吸湿增长特性测量装置。

气溶胶消光光谱仪采用宽带腔增强光谱测量技术，有效解决了现有单波长仪器测量时气体吸收对消光系数测量的影响问题。实现消光光谱的实时、原位测量，并对测量技术和方法进行研究，建立了实验室标校方法，完成了项目既定研究内容。其中，仪器技术指标达到项目预期考核要求，仪器灵敏度和探测精度优于项目设定目标。该仪器便于外场观测及行业应用的推广，将提高台站观测数据测量的准确性和可靠性。为准确评估黑碳气溶胶辐射强迫等提供了一种关键技术手段。

2018年10月至11月，该仪器参加了粤港澳大湾区大型综合观测实验，获得了广州地区气溶胶多参数光学吸湿增长特性的数据。与现有方法相比，该装置不仅光学参数齐全、准确可靠，而且造价成本低、稳定性好、适用于台站长期观测，有很好的科研和业务应用前景。

宽带腔增强吸收光谱技术

非相干光宽带腔增强吸收光谱作为高灵敏检测技术,已成功应用于多种大气痕量气体浓度的测量。根据腔增强吸收光谱技术测量原理可知,若已知测量气体准确浓度,镜片反射率随波长的变化曲线、有效吸收长度、光学腔内有无测量气体吸收前后的光辐射变化,可测量出待测气体的吸收截面。SO_2由于a~3 B_1—X~1 A_1自旋禁阻跃迁,在345~420nm波段吸收截面较低(~10~(-22) cm2/molecule),其测量有一定难度,而准确的弱吸收截面对于卫星反演大气痕量气体浓度以及大气研究等方面均有重要意义。采用365nm LED光源的宽带腔增强吸收光谱实验装置测量357~385nm波段范围SO_2的弱吸收,获得该波段SO_2弱吸收截面,并与已公开发表的SO_2吸收截面进行对比,相关系数r为0.997 3,验证了非相干光宽带腔增强吸收光谱技术准确测量气体弱吸收截面的适用性。

积分球

是一个内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体，又称光度球，光通球等。 球壁上开一个或几个窗孔，用作进光孔和放置光接收器件的接收孔。积分球的内壁应是良好的球面，通常要求它相对于理想球面的偏差应不大于内径的0.2%。球内壁上涂以理想的漫反射材料，也就是漫反射系数接近于1的材料。常用的材料是氧化镁或硫酸钡，将它和胶质粘合剂混合均匀后，喷涂在内壁上。氧化镁涂层在可见光谱范围内的光谱反射比都在99%以上，这样，进入积分球的光经过内壁涂层多次反射，在内壁上形成均匀照度。为获得较高的测量准确度，积分球的开孔比应尽可能小。开孔比定义为积分球开孔处的球面积与整个球内壁面积之比。

新闻来源：中国科学院合肥物质科学研究院

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