单粒子气溶胶的基质辅助激光解吸电离研究

单粒子气溶胶的基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱技术具有快速在线检测环境大气生物气溶胶的潜力.以a-环糊精为分析物,实验研究了吡啶羧酸、2,5-二羟基苯甲酸、芥子酸、阿魏酸四种常用基质材料的效果,考察基质与分析物的摩尔比对分析物单粒子激光质谱信号的影响.实验结果表明阿魏酸做基质时质谱命中率及分析物质谱信号峰检测效率最高,吡啶羧酸做基质时的分析物质谱信号峰激发率最高,信号峰强度最强.吡啶羧酸对分析物摩尔比为100:1时,分析物质谱信号检测效率最高.     

单粒子气溶胶的基质辅助激光解吸电离研究

单粒子气溶胶的基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱技术具有快速在线检测环境大气生物气溶胶的潜力．以α-环糊精为分析物,实验研究了吡啶羧酸、2,5-二羟基苯甲酸、芥子酸、阿魏酸四种常用基质材料的效果,考察基质与分析物的摩尔比对分析物单粒子激光质谱信号的影响．实验结果表明阿魏酸做基质时质谱命中率及分析物质谱信号峰检测效率最高,吡啶羧酸做基质时的分析物质谱信号峰激发率最高,信号峰强度最强．吡啶羧酸对分析物摩尔比为100:1时,分析物质谱信号检测效率最高．     

用激光解吸附电离法对三甲苯生成二次有机气溶粒子的分析

利用实验室烟雾腔,在不同的实验条件下研究了由羟基启动的三甲苯光氧化反应所产生的二次有机气溶胶,采用激光解吸附技术和气溶胶飞行时间质谱仪测量了产物的化学组分和粒子的粒径分布。结果表明:随着反应物三甲苯浓度的增加,所生成的二次有机气溶胶粒子数量增多;随着反应时间的延长,生成的粒子数目也增加,但是反应到一段时间后,检测到的粒子数目几乎保持不变;光照强度的增加有利于二次有机气溶胶的生成;通过对产物的化学成分分析,说明了在二次有机光氧化产物中粒子相产物主要是芳香的环保留产物、非芳香环保留产物和环断裂产物。     

基于模糊聚类算法的苯系物二次有机气溶胶质谱数据分析

OH自由基启动苯系物光氧化形成的二次有机气溶胶能够影响气候变化,降低大气能见度,危害人类健康。我们实验室自行研制的气溶胶飞行时间质谱仪能够用于二次有机气溶胶的实时检测研究。该仪器在检测过程中产生大量的实验数据,对这些数据快速、自动处理并提取有价值的信息是整机系统的关键之一。本文介绍模糊聚类算法在苯系物二次有机气溶胶单粒子聚类分析中的成功运用。利用该算法对OH自由基启动1,3,5-三甲苯光氧化形成的二次有机气溶胶单粒子质谱数据进行了聚类分析,在得到的五个聚类中包含了芳香醛、酚类化合物、硝基酚和羧酸等重要的光氧化产物,为研究苯系物光氧化机理提供了新的信息。     

用于大气化学反应和二次有机气溶胶研究的实验室烟雾箱系统的搭建、测试与初步实验

为了从本质上认识和了解大气氧化反应进程以及二次有机气溶胶的形成机制,设计并搭建了一套实验室模拟烟雾箱系统．将质子转移反应质谱、同步辐射光电离质谱及气溶胶激光飞行时间质谱等特色质谱检测系统与烟雾箱结合,用于大气氧化反应气相和粒子相产物的定量与定性分析．通过一系列表征实验获得了该系统的基本参数,如烟雾箱内温度和光强特征,气体化合物和颗粒物的壁损耗速率,零空气的背景反应性及实验结果的可重复性．臭氧氧化α-蒎烯定量化实验和OH启动异戊二烯光氧化反应的定性检测结果进一步表明了该系统能够满足大气化学反应过程中气相和粒子相化学成分的定性分析及二次有机气溶胶的定量化研究的需要.     

影响异戊二烯大气光解形成二次有机气溶胶的环境因素研究

通过自制的烟雾腔系统研究羟基启动的异戊二烯光解形成二次有机气溶胶(SOA)过程中环境因素的影响.使用气溶胶粒径光谱仪测量了SOA的粒径分布,通过光解实验研究了光照时间、反应物浓度以及CH3ONO浓度对异戊二烯光解形成SOA的影响.结果表明,异戊二烯光解形成的SOA空气动力学直径在0.4 mm～1.4 mm之间,这些粒子的直径小于2.5μm的微细粒子很容易沉积在人体肺泡内,对人体健康产生很大危害;不管是SOA粒子的粒子数浓度还是质量数浓度都随着反应时间的增长、光照强度的增强和反应物浓度的增加而增加.该研究为大气颗粒物排放源的外场测量提供了非常有用的信息.     

基于可调谐二极管激光吸收光谱波长调制技术在线测量燃烧场温度

介绍了可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）波长调制技术的测温原理。通过选择水在1 397.75 nm和1 397.87 nm处两条邻近的吸收线,运用多功能数据采集卡对二极管激光器进行控制和信号采集,实现了TDLAS波长调制技术对标定燃烧炉甲烷/空气预混火焰温度的实时在线测量,测量重复频率为250 Hz。分析了温度测量数据抖动的原因,结果表明燃烧过程中火焰本身温度的抖动是测量结果波动的主要原因,测量系统的A类标准不确定度小于53 K。     

基于可调谐二极管激光吸收光谱波长调制技术在线测量燃烧场温度

 介绍了可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）波长调制技术的测温原理。通过选择水在1 397.75 nm和1 397.87 nm处两条邻近的吸收线,运用多功能数据采集卡对二极管激光器进行控制和信号采集,实现了TDLAS波长调制技术对标定燃烧炉甲烷/空气预混火焰温度的实时在线测量,测量重复频率为250 Hz。分析了温度测量数据抖动的原因,结果表明燃烧过程中火焰本身温度的抖动是测量结果波动的主要原因,测量系统的A类标准不确定度小于53 K。     

基于模糊聚类算法的大气粒子激光电离质谱数据分析

实验室自行研制了一台大气气溶胶飞行时间激光质谱仪(ATOFLMS),它可以在线地对气溶胶单粒子进行物理和化学特性分析,利用双束连续激光对单个粒子的空气动力学粒径进行测量,并通过飞行时间完成单粒子化学成分的检测。该仪器在运行过程中将产生海量的实验数据,对这些数据的快速、自动处理并提取有价值的信息是整机系统的关键之一。文章介绍模糊聚类算法FCM(fuzzy c-means)在大气气溶胶单粒子聚类分析中的成功运用。利用该算法对连续24 h采集的室内空气气溶胶单粒子质谱数据进行了聚类分析,在得到的5个聚类结果中包含了无机的海盐粒子、矿物质粒子以及其他的三种二次气溶胶成分粒子类型。在对室内空气气溶胶粒子的粒径进行实时检测的结果表明室内可吸入颗粒物以细粒子为主,其中大于1 μm的粒子所占比重较小。小于1 μm的粒子均占95％以上, 在0.4～0.8 μm之间的粒子占据主要部分。     

实时测量飞秒激光脉冲的二次谐波相关技术研究

本文介绍了一种具有飞秒分辨率实时监测激光脉宽的二次谐波自相关技术。该技术既可进行强度自相关测量,又可进行自标定的干涉自相关测量。干涉自相关测量精度达1fs,强度自相关测量相对误差为3.6%。     

乙二醛在沙尘颗粒物表面吸附与转化的红外光谱研究

乙二醛是大气中一种重要挥发性有机物.它在大气中气相、水相及二次无机酸性颗粒物表面反应均可生成二次有机气溶胶(SOA).然而乙二醛与沙尘非均相反应研究却未见报道.本研究选取二氧化硅(SiO2)和三氧化二铝(α-Al2O3)颗粒作为实际沙尘模型,探讨了乙二醛与沙尘颗粒非均相吸附与转化机理.利用透射傅里叶变换红外光谱(T-FTIR)原位跟踪反应进程,再结合色谱和质谱分析了反应产物.结果发现,在无光照和无氧化剂参与条件下,乙二醛在以上两种沙尘组分颗粒表面吸附后均生成了低聚物,在α-Al2O3上还能生成有机酸;水汽能促进颗粒对乙二醛摄取,并有利于低聚物生成,但会抑制有机酸生成.这些发现对于认识大气乙二醛与沙尘非均相反应生成SOA具有重要意义.     

基于激光的测量技术在燃烧流场诊断中的应用

分析了工业发动机湍流燃烧场诊断的需求和面临的挑战,介绍了燃烧流场组分浓度、温度和速度等主要参数的激光测量技术,给出了其基本原理、在燃烧场诊断中的应用和国内外研究现状,分析了不同技术的特点及其适用性。简介了多参数综合诊断的作用和进展。对目前诊断和测量存在的主要问题和发展趋势进行了探讨。     

高精度激光三角位移测量系统误差分析

激光三角测量方法因其具有结构简单、非接触、信号处理便捷等特点而得到广泛应用。针对工程应用中提出的高精度、大工作距离的测量要求,从激光三角位移传感器结构、光斑定位不确定度和定标方法等方面进行分析,分别讨论了各个因素对于测量精度的影响,并提出了优化方案。经实验验证,该激光三角位移测量系统在110mm的工作距离下测量误差小于1.2μm,优于在同等工作条件下的商用激光三角位移传感器。     

激光拉曼光谱技术对氯代有机混合物的快速检测研究

为实现对有机物混合物的快速、无损检测,提出一种基于激光拉曼光谱技术的二维分析方法。研究结果表明,采用532 nm波长激光作为激发光源,观测到236.2,348.9,449.4,513.6 cm-1四条振动拉曼谱线,且这些谱线的强度比为6.4∶1.7∶9.4∶1.0,可确定四氯乙烯的存在。观测到707.5,1 087.9,1 175.8, 3 078.6 cm-1四条振动拉曼谱线,其强度比为9.6∶6.4∶1.0∶3.9,可确定氯苯的存在。即通过综合分析特征谱线及若干特征谱线的强度比,可快速判断有机混合溶液中某种物质的存在。在定量分析方面,采用多光谱分析结合最小二乘法拟合提高了测量的可靠性,所测样品浓度的准确率为98.4%。本研究为有机物混合物成分识别和浓度探测提供了一套可行的光谱测量方法,有着十分重要的应用前景。     

二次成像型库德式激光通信终端粗跟踪技术

库德式激光通信终端粗跟踪探测器大视场接收信标光时,需通过望远单元、多块库德反射镜、分光片和粗跟踪透镜组,信标光传输路径长,使得后续子光路粗跟踪支路口径明显增加;捕获时望远单元和库德反射镜与粗跟踪探测器存在相对运动,信标光传递环节多,跟踪模型复杂。针对这两个问题,首先,对比了3种传统库德光路,选择二次成像型库德光路并对其进行设计,通过设计使后续子光路光学口径减小,利于后续子光路轻小型化设计;随后,对二次成像型库德式激光通信终端的跟踪模型进行推导,通过反射镜矩阵和坐标变换建立跟踪模型,并用Matlab-Simulink对跟踪模型进行仿真;最后,通过地面试验,对终端的跟踪性能进行测试,实测方位跟踪最大脱靶量为84.65μrad(3σ)、俯仰最大脱靶量为56.33μrad(3σ),满足通信要求的150μrad(3σ),二次成像型库德结构和跟踪模型可满足星间激光通信粗跟踪捕获和跟踪要求。     

激光诱导荧光技术在高焓空气氮原子测量中的应用

高超声速飞行器再入大气层时,受到激波的压缩和激波层内粘性阻滞作用,周围绕流流场的空气温度在4000～15000 K之间,使空气中的氧、氮分子发生离解,从而出现高温气体效应,形成高焓化学非平衡流.飞行器表面防热材料基本都含有大量的碳元素,通常情况下主要是氧原子与碳发生反应,但在焓值大于18 M J·kg-1的情况下,氮原...