CN103674911A - 一种用于大气HOx自由基实时测量的荧光池 - Google Patents
一种用于大气HOx自由基实时测量的荧光池 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于大气HOx自由基实时测量的荧光池，包括气流管、激光管、荧光检测管。采用真空泵由针孔状分子束分离器抽取待测气体进入气流管，气流管进气口侧面设计有N2保护气入口，保证采样的平稳性和低损耗。将激光器调谐发射的308nm激光导入激光管中，于荧光池中心激发待测气体中的OH自由基产生荧光；激光管内安装有多个光阑，减少激光杂散光影响。通过透镜组和反射镜收集激发的荧光信号，经滤光片后由光电倍增管进行检测。气流管通过NO环形进气管导入NO气体，可将HO2自由基转化为OH自由基，从而对比测量HO2自由基。本发明可分别测量OH自由基和HO2自由基浓度，可应用于大气氧化性重要基团HOx浓度测量研究。
Description
技术领域
本发明涉及荧光池领域，具体为一种用于大气HOx自由基实时测量的荧光池。
背景技术
自由基是地球对流层大气中最重要的氧化剂，在对流层光化学过程中起着核心作用。OH自由基是决定着大气的氧化能力的一个指标。OH自由基的任何变化趋势是至关重要的，决定了大气中各种重要痕量气体的寿命及浓度分布，影响着不同重要气体的转化并最终促使对流层臭氧或颗粒物产生。大气灰霾问题与活跃的大气HOx自由基化学反应过程可能存在紧密联系。因此准确、实时、动态地探测对流层自由基浓度对我们研究大气层光化学过程起着重要的作用。
由于HOx自由基浓度特别低，且较为活跃，其监测和测量一直是一大难题。气体扩张激光诱导荧光技术的发展，为大气HOx自由基的探测提供了一种新的手段。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于大气HOx自由基实时测量的荧光池，可实现OH自由基和HO2自由基的在线观测，从而解决目前大气HOx自由基测量手段缺乏、测量精度低的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种用于大气HOx自由基实时测量的荧光池，其特征在于：包括分别为直管状的气流管、激光管、荧光检测管，气流管、激光管、荧光检测管彼此相互正交且相交连通于一点，构成三轴***；其中气流管一端设为进气口，且进气口处安装有针孔状分子束分离器，气流管另一端设为出气口，且出气口处安装有真空泵，气流管进气口处侧面设置有与气流管连通的多个N2保护气入口，气流管内靠近进气口位置设置有NO环形进气管，且NO环形进气管的环形腔与气流管共中心轴线；所述激光管一端设为入光口，激光管另一端设为出光口；所述荧光检测管中沿荧光检测管中心轴线方向依次设置有反射镜、透镜组、窄带滤光片、荧光信号探测器，其中反射镜位于荧光检测管中与气流管、激光管相交位置一侧，透镜组、窄带滤光片位于荧光检测管中与气流管、激光管相交位置另一侧，荧光信号探测器设置在透镜组、窄带滤光片所在的荧光检测管一侧管端；
气流管通过真空泵从进气口向气流管中抽入待测气体，激光束从激光管入光口进入激光管中并在气流管、激光管、荧光检测管相交连通位置与待测气体交汇，从而激发待测气体产生荧光信号，气流管一侧的荧光信号经过荧光检测管中反射镜反射后，再依次经过透镜组透射、窄带滤光片滤光后被荧光信号探测器接收，气流管另一侧的荧光信号依次经过透镜组透射、窄带滤光片滤光后被荧光信号探测器接收。
所述的一种用于大气HOx自由基实时测量的荧光池，其特征在于：所述NO环形进气管为聚四氟乙烯乙烯材料制成。
所述的一种用于大气HOx自由基实时测量的荧光池，其特征在于：所述反射镜、透镜组、窄带滤光片均采用石英材料制成。
所述的一种用于大气HOx自由基实时测量的荧光池，其特征在于：所述荧光检测管为光电倍增管。
所述的一种用于大气HOx自由基实时测量的荧光池，其特征在于：所述激光管中除与气流管、荧光检测管相交位置外，沿激光管中心轴线方向分别设置有多组光阑。
本发明的优点为：
通过本发明的用于大气HOx自由基实时测量的低压高效荧光池，可以实现对大气中OH自由基和HO2自由基的在线监测。***可以稳定采集大气中待测气体，减少气体碰撞。在气体低压扩张的情况下激发OH自由基荧光，减少了O3/H2O等气体干扰，提高了荧光寿命。光学***的设计减少***的杂散光干扰，高灵敏探测器高效收集和测量荧光信号，经校正后得到OH自由基浓度。***内NO气体的引入可将待测气体中的HO2自由基转化为OH自由基，从而实现OH自由基和HO2自由基的交替（或同时）观测。
附图说明
图1为本发明结构正视图。
图2为本发明结构侧视图。
具体实施方式
如图1、图2所示。一种用于大气HOx自由基实时测量的荧光池，包括分别为直管状的气流管10、激光管11、荧光检测管12，气流管10、激光管11、荧光检测管12彼此相互正交且相交连通于一点，构成三轴***；其中气流管10一端设为进气口，且进气口处安装有针孔状分子束分离器1，气流管10另一端设为出气口，且出气口处安装有真空泵4，气流管10进气口处侧面设置有与气流管10连通的多个N2保护气入口2，气流管10内靠近进气口位置设置有NO环形进气管3，且NO环形进气管3的环形腔与气流管10共中心轴线；激光管11一端设为入光口，激光管11另一端设为出光口；荧光检测管12中沿荧光检测管12中心轴线方向依次设置有反射镜6、透镜组7、窄带滤光片8、荧光信号探测器9，其中反射镜6位于荧光检测管12中与气流管10、激光管11相交位置一侧，透镜组7、窄带滤光片8位于荧光检测管12中与气流管10、激光管11相交位置另一侧，荧光信号探测器9设置在透镜组7、窄带滤光片8所在的荧光检测管12一侧管端；
气流管10通过真空泵4从进气口向气流管10中抽入待测气体，激光束从激光管11入光口进入激光管11中并在气流管10、激光管11、荧光检测管12相交连通位置与待测气体交汇，从而激发待测气体产生荧光信号，气流管10一侧的荧光信号经过荧光检测管12中反射镜6反射后，再依次经过透镜组7透射、窄带滤光片8滤光后被荧光信号探测器9接收，气流管10另一侧的荧光信号依次经过透镜组7透射、窄带滤光片8滤光后被荧光信号探测器9接收。
NO环形进气管3为聚四氟乙烯乙烯材料制成。
反射镜6、透镜组7、窄带滤光片8均采用石英材料制成。
荧光检测管9为光电倍增管。
激光管11中除与气流管10、荧光检测管12相交位置外，沿激光管11中心轴线方向分别设置有多组光阑5。
本发明为低压真空池，设计为三轴***，气流管、激光管和荧光检测管相互正交，交汇处为荧光激发位置。利用气流管出气口处真空泵4由进气口抽取待测气体进入荧光池内，待测气体气流于腔内扩张膨胀，进气口处分子束分离器和侧面N2保护气入口保证气流采样的平稳和低损耗；激光束与待测气体气流在荧光池中心交汇，308nm激光激发待测气体中OH自由基产生荧光，激光管中多处光阑用于减少激光杂散光。通过反射镜和透镜组收集产生的荧光信号；经窄带滤光片后，由光电倍增管探测收集的信号，进行校准后得出OH自由基浓度。进气口下端有NO环形进气管，通过通入NO气体可将HO2自由基转化为OH自由基，从而进行HO2自由基的测量。
本发明的主要特点如下：
1、采用气体膨胀激光诱导荧光技术，荧光池为密闭低压真空池，激发波段采用308nm，可以避免大气中O3的干扰，同时提高荧光寿命。
2、气流管进气口处采用针孔状分子束分离器，减少入口外表面的气体反射和内表面的气体碰撞，较少采样损耗。进气口侧面设计有N2保护气入口，保证采样气流稳定，同时避免被测气体的残留。
3、气流管进气口附近的NO环形进气管开启时，可将被测气体中的HO2自由基转化为OH自由基，从而对比测量出HO2自由基的浓度。
4、激光管的多光阑设计减少***杂散光干扰。荧光收集光学***采用透镜组和发射镜相结合，收集两个方向荧光，提高收集效率。通过308nm窄带滤光片后，信号使用高灵敏光电倍增管进行探测。
Claims (5)
1.一种用于大气HOx自由基实时测量的荧光池，其特征在于：包括分别为直管状的气流管、激光管、荧光检测管，气流管、激光管、荧光检测管彼此相互正交且相交连通于一点，构成三轴***；其中气流管一端设为进气口，且进气口处安装有针孔状分子束分离器，气流管另一端设为出气口，且出气口处安装有真空泵，气流管进气口处侧面设置有与气流管连通的多个N2保护气入口，气流管内靠近进气口位置设置有NO环形进气管，且NO环形进气管的环形腔与气流管共中心轴线；所述激光管一端设为入光口，激光管另一端设为出光口；所述荧光检测管中沿荧光检测管中心轴线方向依次设置有反射镜、透镜组、窄带滤光片、荧光信号探测器，其中反射镜位于荧光检测管中与气流管、激光管相交位置一侧，透镜组、窄带滤光片位于荧光检测管中与气流管、激光管相交位置另一侧，荧光信号探测器设置在透镜组、窄带滤光片所在的荧光检测管一侧管端；
气流管通过真空泵从进气口向气流管中抽入待测气体，激光束从激光管入光口进入激光管中并在气流管、激光管、荧光检测管相交连通位置与待测气体交汇，从而激发待测气体产生荧光信号，气流管一侧的荧光信号经过荧光检测管中反射镜反射后，再依次经过透镜组透射、窄带滤光片滤光后被荧光信号探测器接收，气流管另一侧的荧光信号依次经过透镜组透射、窄带滤光片滤光后被荧光信号探测器接收。
2.根据权利要求1所述的一种用于大气HOx自由基实时测量的荧光池，其特征在于：所述NO环形进气管为聚四氟乙烯乙烯材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种用于大气HOx自由基实时测量的荧光池，其特征在于：所述反射镜、透镜组、窄带滤光片均采用石英材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种用于大气HOx自由基实时测量的荧光池，其特征在于：所述荧光检测管为光电倍增管。
5.根据权利要求1所述的一种用于大气HOx自由基实时测量的荧光池，其特征在于：所述激光管中除与气流管、荧光检测管相交位置外，沿激光管中心轴线方向分别设置有多组光阑。
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