二氧化氮探测器

通俗地讲，就是把吸收到的二氧化氮光谱信号进行有效放大，再通过我们开发的可靠算法进行计算，最终实现对大气二氧化氮的精确探测。基于多模激光的振幅调制腔增强吸收光谱技术，适用于长期稳定运行、免人工维护的二氧化氮高灵敏度测量，因而具有很好的科研和业务应用前景。周家成中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所博士近日，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所张为俊研究员团队在大气二氧化氮探测技术方面取得新突破，团队利用相敏检测的振幅调制腔增强吸收光谱技术，创立了一种能够快速灵敏检测大气环境中二氧化氮的新方法。这项研究成果日前发表于美国化学会（ACS）出版的《分析化学》上，并申请了发明专利保护。导致大气污染的“元凶”之一“二氧化氮是对流层大气中主要的污染物，它的来源主要包括交通运输排放和工业生产过程中的化石燃料燃烧、农作物秸秆等生物质燃烧、大气当中的闪电和平流层光化学反应等过程。”中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所的周家成博士告诉科技日报记者，大气中的二氧化氮对臭氧和二次颗粒的生成也起着重要作用，是形成酸雨的重要原因之一。“二氧化氮的光解是对流层臭氧的主要来源之一，其参与了光化学反应以及光化学烟雾的形成。”周家成说，二氧化氮通过光化学反应产生硝酸盐二次颗粒，导致大气能见度下降并进一步降低空气质量，是形成灰霾的主要因素。同时，排放到大气中的二氧化氮可以与水蒸气发生作用，产生硝酸和一氧化氮，进而形成酸雨。“正因如此，二氧化氮的高灵敏准确测量对大气化学研究以及大气污染防控具有重要意义。”周家成说，对于一些特殊应用场景，例如青藏高原、海洋等环境中，大气中二氧化氮浓度极低，只有高灵敏的仪器才能精确测量，进而开展相应的大气化学研究。此外，高灵敏的仪器还可以捕捉城市大气污染的深层次信息，例如通量等关键参数，从而更好地服务大气污染防控。放大光谱信号实现超极限探测一般而言，大气当中的每一种成分，都对应有特殊的光谱，也就是相当于这种组分的特殊身份识别标志特征。从原理上来讲，只要能够实现对某种大气组分光谱的高灵敏度探测，也就做到了对这种组分的精确探测。周家成介绍，他们团队创新研发的“基于多模激光的振幅调制腔增强吸收光谱技术”，是将调制技术与多模激光相结合的一种全新的高灵敏度吸收光谱技术。它的工作原理是把被调制的光强信号输入到相敏检波器中，与参考信号进行混频乘法运算，再经过窄带低通滤波器滤除掉其他噪声频率成分后，得到一个与输入信号成正比的直流信号，就可以直接用于吸收系数的计算。“通俗地讲，就是把吸收到的二氧化氮光谱信号进行有效放大，再通过我们开发的可靠算法进行计算，最终实现对大气二氧化氮的精确探测。”周家成告诉记者，“基于多模激光的振幅调制腔增强吸收光谱技术”集成了共轴腔衰荡吸收光谱的高光注入效率、离轴腔增强吸收光谱的低腔膜噪声，以及调制光谱的窄带高灵敏度微弱信号探测等优点，能够提供一种简单、可靠、低成本和自校准的二氧化氮绝对浓度测量方法。“它适用于长期稳定运行、免人工维护的二氧化氮高灵敏度测量，因而具有很好的科研和业务应用前景。”周家成告诉记者，他们研制的这台仪器用到的一个关键部件，叫做“宽带多模二极管激光器”，即能够输出波长具有一定宽度，并且可以同时产生两个或多个纵模的激光器，它被作为整个仪器的探测光源。“正是由于它发出的激光光源能被二氧化氮分子所吸收，所以被用来进行二氧化氮浓度的测量。”周家成说，他们用到的这款激光器的中心波长为406纳米，带宽约为0.4纳米，它发射出的探测光源，恰好能够被二氧化氮分子所吸收。一般而言，某种仪器或探测方法，在探测某种参数时所能达到的极限，被称为“探测极限”，也代表了仪器的最高性能指标。周家成表示，他们研制的探测技术经过多次实际应用验证表明，超过探测极限浓度的二氧化氮也能够被测量到。助力北京冬奥会精准预报天气北京冬奥会期间，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所研制的快速灵敏检测二氧化氮仪器被用于环境大气实时在线观测，为冬奥会高精度数值天气预报和多源气象数据融合等关键技术方法提供了必要的数据支持，共同构建了冬奥气象“百米级”预报技术体系。“在此之前，这台仪器在北京参加了‘超大城市群大气复合污染成因外场综合协同观测研究’项目，针对北京城市站点大气环境中氮氧化物的作用开展相关研究，对北京市大气复合污染成因解析起到了重要作用。”周家成表示，后续该仪器还将应用于青藏高原背景站点开展常年观测，填补青藏高原大范围区域二氧化氮有效观测数据的空白。谈起团队科研历程，周家成坦言，这其中充满了艰辛和不确定性，但还是有着很多乐趣。“为了验证仪器吸收测量的准确性，我们先在实验室开展不同浓度二氧化氮测量实验，但是结果始终和预期不一样。折腾了几个小时后，发现居然是外部锁相放大器的一个参数设置有误。”周家成说，这件事再次验证了“细节决定成败”的道理。自此以后，他每次实验前，都会仔细检查仪器的各项参数，防止出现类似的问题。周家成说，仪器在参加北京冬奥会观测期间，由于观测人员在实验前期对仪器操作不熟悉，光腔被正压气体冲击，导致无法用于测量。“当时我不在现场，内心十分着急，牵挂仪器，到了深夜都不能入睡，怕影响观测进度。”年后没几天，周家成携带工具前往北京维修，加班加点终于使仪器正常工作，赶上了综合实验的进度。“接下来，我们将对仪器进行小型化集成，利用锁相板代替商业锁相放大器，配合自动控制系统，使得这台仪器更加智能化、便携化。”周家成表示，未来他们团队还计划把这种二氧化氮探测技术与化学滴定、热解和化学放大法相结合，应用于一氧化氮、臭氧、活性氮和总过氧自由基的高精度测量。通过增加保护气，仪器还可应用于气溶胶消光系数的高灵敏度测量。

消防官兵正在现场营救。　　前天晚上10点左右，宁波望春工业园区一实验室内，一名技术人员在利用硝酸清洗不锈钢零件时，由于操作不慎导致5升硝酸瞬间挥发，造成二氧化氮气体泄漏，污染了整栋厂房。所幸事故没有造成人员伤亡。　　据当时在场作业的文师傅介绍，当晚，他和几名工作人员一起利用硝酸清洗不锈钢零件。起初，他利用了少量的硝酸进行加热，然后清洗不锈钢零件，起初试验非常成功。因此，他想利用更多的硝酸来做。　　没想到，待加入5升硝酸后，情况突然变了，在短短几秒钟内整个实验室就充满了二氧化氮。　　文师傅立即放下手中的活往外跑，同时通知其他同事。当他们跑至楼梯口时，整幢厂房已经完全被污染。　　消防官兵经过半个多小时的奋力处置，大部分气体被排除。由于还有部分房间门被锁住，直至昨天凌晨1点左右，毒气才完全被排出。　　文师傅解释说，可能当时实验用的是含铁的不锈钢劣质产品，导致铁和混合酸(硝酸和盐酸)发生剧烈反应，溶液温度急剧上升，加速硝酸分解成有刺激性气味的二氧化氮气体。　　据消防部门介绍，二氧化氮是一种有刺激性的低毒酸性气体，常见于汽车尾气和化工厂废气，同时也是“酸雨”形成的主因。　　所幸，这次实验药剂用得比较少，产生的二氧化氮气体并不是很多，对周边人员的身体健康及周围环境没有大的影响。

明明是蓝天白云，但眼前总灰蒙蒙的，胸还有点闷，这是为什么呢?原来是空气质量超标了。昨日、前日，广东省、广州市每日在线监测数据都显示空气质量超标，昨日部分站点更是超过达标标准两级，为轻度污染，主要污染物是二氧化氮。　　广雅麓湖等监测点都超标　　监测数据显示，这两天的空气质量都超标了，二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物这三项空气质量评价指标中，后两项都超标了。仅昨日，广雅中学、天河职幼、市86中、麓湖、市监测站等5个监测站点的空气质量超过标准两级，为轻度污染，其他五个监测站点录得的空气质量超标一级，为轻微污染。显示的主要污染物是二氧化氮。　　“我也感觉有点胸闷。”昨日，广东省环保厅有关负责人表示，除了视觉上的感觉外，呼吸也感觉没有那么顺畅了，而造成近日空气质量超标的主要原因是机动车尾气。“二氧化硫主要是工业排放，二氧化氮的污染源主要是机动车尾气、电厂、锅炉等，但是超标比较严重的监测站点都是在市中心，说明主要是由机动车尾气造成的，局部的污染比较重，再加上气象条件不利于污染物扩散。”　　二氧化氮是气体，如果超标了市民可以怎么防范?对此，该负责人表示，根据检测数据显示，二氧化氮和可吸入颗粒物都明显超标，在空气中，颗粒物会吸附许多污染物、通过鼻腔进入人的身体，通过戴口罩，是可以将一部分污染物过滤掉的。