利用TILDAS技術航測大氣中HCOH和HCOOH

大氣甲醛(HCHO)是烴類光氧化產物，也是HOx自由基前驅體。在對流層，主要是通過甲烷的氧化形成的，而在陸地邊界層中，異戊二烯的氧化可以主導HCHO的產生。HCHO的光化學性質可以用來做HOx形成的模型預測。甲酸(HCOOH)的來源包括異戊二烯氧化、生物排放和生物量燃燒。實驗結果表明，有機氣溶膠大氣氧化產生氣相HCOOH和HCHO。深入的了解光化學臭氧形成、大氣硫氧化和SOA形成所涉及的機制，對于理解全球氣候變化是必要的。HCHO是其形成和處理的重要指標。同時測量HCHO和HCOOH可以為改進的SOA形成和傳輸模型提供信息。

哈佛大學Rodrigo聯手Aerodyne公司Scott和David等人，在2004年于新西蘭上空，進行了機載航測空氣質量，時時監測大氣中的HCHO和HCOOH變化。實驗采用Aerodyne Dual laser監測儀，該光譜儀用于同時測量兩個QC激光器的吸收(樣品)、脈沖歸一化(參考)和頻率鎖定光譜。Aerodyne光學設計的一個關鍵特性是，這兩個激光源沿著幾乎相同的光路傳播，并共同聚焦在相同的探測器元件上。這大大降低了光學的復雜性。兩個激光器之間的間隔為200μS，采集頻率10HZ。光譜數據為2004年7月5日過境飛行數據的5分鐘平均值。雙激光中一個激光頻譜為1765cm-1，監測HCHO和HCOOH；另一個激光頻譜為967cm-1，監測NH3。本次實驗是脈沖量子級聯激光技術在機載平臺上的首次應用。

整個實驗得到了四塊研究結論，包括異戊二烯氧化、火流羽事件、HCHO和HCOOH的光譜識別和城市流羽分析。

Rodrigo等人通過本次實驗認為：Aerodyne儀器比我們以前用低溫鉛鹽可調諧二極管激光器部署的儀器更小、更緊湊。結合飛機上其他儀器的數據，這些觀測結果揭示了異戊二烯氧化產生的HCHO和HCOOH的來源、老化森林火羽中增強的HCOOH的觀測結果，以及城市外流中二次人為烴氧化的證據。這些數據將有助于繼續模擬大氣碳氫化合物氧化和次生有機氣溶膠的形成和去除。TILDAS技術的靈敏性和選擇性，可以在更廣泛的小型機載平臺上，對一些重要的微量氣體進行自主的常規性檢測。

Aerodyne HCHO和HCOOH痕量氣體監測儀：

• 精度precision

• 在進氣口提供了顆粒分離裝置和活性鈍化裝置，且可達到小于1s的響應時間
• 快速響應時間：10HZ
• 16通道閥控制的復雜采樣系統，獨有的sample/reference切換技術，實現自動化背景校準
• 強大的TDLWintel軟件，提供靈活的儀器控制和實時數據分析，直接得到需要的通量結果，并將原始數據和通量結果文件進行存儲。
• 顯示及控制：可遠程操控，無人值守
• 樣品流速：標準0~20slpm，可選擇更大（500slpm）

本文獻：

Airborne measurements of HCHO and HCOOH during the New England Air Quality Study 2004 using a pulsed quantum cascade laser spectrometer

其他參考文獻：

Ellis, R. A., et al. “Characterizing a Quantum Cascade Tunable Infrared Laser Differential Absorption Spectrometer (QC-TILDAS) for measurements of atmospheric ammonia”, Atmos. Meas. Tech., 3 (2010), 397-406.