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NO2是一种重要的大气痕量气体,它直接影响健康,且是臭氧(O3)的主要,并直接导致了城市环境中“热雾”的形成。此外,被氧化的NO2形成硝酸(HNO3),直接导致环境酸化(“酸雨”)。城市NO2浓度已经超过了2010年欧盟规定的20 ppb的阈值,其原因仍在讨论中。
由于其研究的重要性,全国网络台站均对NO2进行着常规监测。然而,目前主流的商业仪器均被一个重要的、大家所熟知的正干扰所影响(见图1)。鉴于这些干扰的存在,科研领域所用的仪器采用光解转换器(如“蓝光”二极管)取代钼转化器,消除了许多已知的干扰。但是,这些仪器在严重污染的大气条件下还可受到显著负干扰影响(见图2)。
大气中NO2浓度在几个ppts (10-12)和几百ppb (10-9)之间变化,因此,NO2分析仪除了具有高选择性,同时也需要具有大的动态量程。基于这些要求,一个新的超灵敏的NO2-LOPAP仪器被研制出来。
技术原理
LOPAP分析仪(LongPath Absorption Photometer)是湿化学原位测定装置,通过化学方法将被测气态NO2转化为叠氮化物,通过测量长路径下的光吸收确定NO2浓度。特殊特氟隆管(Teflon AF2400)作为长径吸收池,其中光可被全反射被传递,所以灵敏度非常高(检测限低至2 ppt)。为了消除采样时可能出现的潜在影响(如取样管路内的反应),通过一个外部取样模块元直接收集大气中NO2并进行测量。能够干扰测量结果的臭氧(O3)和亚硝酸(HONO)可以被上游臭氧洗涤器中的水靛蓝溶液有效去除;作为仪器可选的扩展装置,此方法可以用于测量大气中O3浓度(Peters et al., 2012)。
性能指标
空气流速 | 0.5 L/min |
吸收路径长度 | 0.1~6 m |
测量范围 | 0.002~300 ppbv |
时间分辨率(10-90 %) | 3~6 min |
精度 | ±(0.5 % + DL) |
准确度 | ±(10 % + DL) |
检测范围(DL) | 2 pptv (6分钟 时间分辨率) |
干扰因素 | 对已经测试过的痕量气体,可忽略 |
NO2-LOPAP所显示的是线性响应,并且覆盖了所有大气情况下的宽动态测量范围2 pptv~300ppbv(见图3);通过缩短光学测量室的长度,可以扩展其测量范围至ppmv级。高灵敏度可以测量极低水平的NO2,如极地条件下。
在中度大气污染的城市大气条件下,该仪器与化学发光仪和光解转换器进行了成功对比,见图4.
此外,在非常复杂光雾条件下,通过雾室, 该分析仪的测量结果与FTIR等的测量结果做了对比(见图5),其它商业NO2分析仪受到的干扰非常明显(Villena et al., 2012)。