基于石英音叉共振增强痕量NO3自由基光声吸收检测技术研究

大气是痕量气体相互作用的复杂混合体，自由基是大气化学的驱动力，具有很高的活性，在大气中它们的浓度低、寿命短，在大气氧化过程中起着非常重要的作用，它是理解大气成分时空和演化的关键。开展小尺度大气痕量NO3自由基高灵敏度探测技术的研究，对深入理解大气自由基化学具有极其重要的意义。.本申请拟开展大气痕量NO3自由基实时在线高灵敏度探测技术研究，采用新型的基于石英音叉共振增强高灵敏度光声吸收光谱技术，同时测量NO3自由基和NO2分子；深入开展增强石英音叉光声信号的微型共振腔结构的理论和实验研究；研究大气湿度、温度和压力对光声信号测量自由基精度的影响；同时测量实际大气NO3自由基和NO2分子，初步获得实际大气NO3自由基和NO2分子的相互转化规律，为进一步发展低功耗、高灵敏度低成本NO3自由基和NO2分子的实时在线监测技术，形成大气自由基实时在线监测网络奠定基础。

本项目主要开展石英音叉增强光声光谱新技术传感NO3自由基的研究。按照项目研究计划，开展了石英音叉增强光声光谱技术、理论模型和石英音叉增强光声光谱传感NO2、NO3的研究，较好的完成了项目的预期研究内容，取得了一些有价值的研究成果。代表性的研究成果包括：(1)首次提出了离轴石英音叉增强光声光谱技术，这个技术手段不仅简化了探测模块构型，而且把石英音叉光声光谱技术扩展到了宽带光源；(2)首次提出了基于T型共振管的石英音叉增强光声光谱技术，有效提高了石英音叉增强光声光谱的探测性能；(3)率先开展各种石英音叉增强光声光谱技术的实验和理论对比分析研究，实现了理论和实验的相互验证；(4)首次利用离轴石英音叉增强光声光谱技术实现了NO3自由基和NO2的探测。这些研究成果以论文的形式发表在《Optics Letters》、《Review of Scientific Instruments》、 《Applied Physics B》、《Opt. Express》等国际高水平学术期刊上。