基于连续波量子级联激光光谱技术精确测量N2O4在7.8μm波段的有效线强及其环境监测应用

本文采用连续波量子级联激光光谱技术（cw-QCL）结合长光程吸收池，精确测定了N2O4在1279.8–1282.5 cm?1波段的谱线位置与有效线强，通过Voigt、Rautian和Galatry线型拟合评估，发现Rautian模型兼具计算效率与精度优势，为大气污染物实时监测提供关键技术支撑。

　　

Section snippets

Measurement principles

根据比尔-朗伯定律（Beer-Lambert law），气体浓度测量需通过吸光度计算，公式为：

A(v) = ln[I₀(v)/I(v)] = S(T)?(v)NL = σ(v)NL

其中I₀(v)为初始光强，I(v)为穿透气体后的光强，N为吸收分子数，σ(v)为吸收截面，L为光程长度。吸光度积分可进一步用于分析分子跃迁特性。

Instrumentation platform

实验采用连续波量子级联激光器（cw-QCL）与光程50米的长路径吸收池联用系统（图1）。吸收池配备两个镀金凹面球镜（直径10 mm，间距52 cm），通过96次反射实现高灵敏度探测。池体由透明石英材质制成，确保光路稳定性与抗腐蚀性。

Experimental spectra

样品气体注入吸收池后，因气流与长光程导致的温度与压力波动需静置15–30分钟以稳定系统。采用已知浓度的NO₂标定N₂O₄制备过程，最大限度减少可逆反应（N₂O₄ ? 2NO₂）对浓度计算的干扰。

Conclusions

本研究利用cw-QCL在7.8 μm波段精确测量了N₂O₄的吸收线位置与有效线强，其可逆反应特性导致浓度受温度与压力显著影响。所开发的快速测量方法将线强不确定性控制在6.47%以内，线位置误差低于1.95×10^?3 cm^?1，为氮氧化物大气化学研究及污染实时监测提供关键数据支持。