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梅里达研讨院在高相对湿度大气蒙受下过氧自由

近日,中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所研究员张为俊团队在化学放大法测量大气总过氧自由基方面取得新突破。

近日,中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所研究员张为俊课题组,在化学放大法用于大气过氧自由基测量方面取得新突破,相关研究成果以Removing water vapor interference in peroxy radical chemical amplification with a large diameter Nafion dryer为题,发表在Analytical Chemistry上。

环境湿度的严重影响是PERCA技术外场应用的瓶颈问题。2018年,团队赵卫雄、阳成强等人发展了一种基于Nafion干燥管进样的双通道RO2*测量新技术,大气样品经Nafion干燥管干燥后进入特氟龙反应放大腔,实现RO2*的高灵敏度探测,验证了该解决思路的可行性。

过氧自由基在大气挥发性有机化合物的降解以及臭氧和二次有机气溶胶的形成过程等方面扮演着重要角色,其大气浓度低、活性强,测量难度大。化学放大法是实现大气中RO2测量的重要方法之一,其通过链式循环反应将低浓度的RO2转化为高浓度的NO2实现对RO2的放大测量,但实际大气环境中背景(如O3、NO2和水汽等)的影响限制了RO2测量的灵敏度和准确性。课题组通过前期发展的双通道宽带腔增强吸收光谱技术有效消除了O3、NO2等对测量的影响,实现在60s采样时间下过氧自由基0.9pptv的探测极限。而水汽对反应链长的影响一直是化学放大法中难以克服的问题,限制了化学放大法在实际大气环境中的应用。

此次研究他们进一步创新性地将Nafion干燥管用作反应放大腔,实际大气样品无需进行干燥处理,直接进入Nafion管进行放大反应,有效地解决了相对湿度对反应链长的影响,使得PERCA方法完全适用于高相对湿度环境(RH 87%时,相比干状态,CL仅损失10%)。相比特氟龙反应放大腔,可获得更高的CL,灵敏度更高。该仪器已成功应用于2018年珠三角外场综合观测实验中。

张为俊课题组提出了一种基于Nafion管进样的双通道大气过氧自由基测量技术,降低了RO2进样损耗,并有效避免了高相对湿度对反应链长的影响。目前,该仪器已应用于实验室和珠三角外场实际观测实验中,将在大气化学机制研究中发挥重要作用。

相关研究成果以《基于纳分干燥管的化学放大装置用于实际大气过氧自由基的定量测量》(Improved chemical amplification instrument by using Nafion dryer as amplification reactor for quantifying atmospheric peroxy radicals under ambient condition)为题发表于Analytical Chemistry(2019, 91, 776–779)。

研究工作得到了国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划、中科院青促会以及安徽省杰出青年基金等的支持。目前该项技术与装置已申请国家发明专利保护。

该研究工作得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省杰出青年基金等的支持,相关技术已申请国家发明专利保护(CN201811344747.3)。

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图1上图:基于Nafion管反应腔的过氧自由基进样装置,下图:相对湿度对化学链长的影响

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图2 2018年广州实际大气观测结果

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