安光所在OH自由基探测研究方面取得新进展

安光所张为俊研究员课题组和强磁场科学中心陈文革研究员课题组、万瑞冷电科技有限公司合作建立了国际上首个基于超导磁体的磁旋转吸收光谱测量OH自由基装置，实现了对OH自由基10⁶ molecule/cm³的实时原位测量。 

近期，相关研究工作以“Superconducting-Magnet-Based Faraday Rotation Spectrometer for Real Time in Situ Measurement of OH Radicals at 10⁶ Molecule/cm³ Level in an Atmospheric Simulation Chamber”为题在线发表在美国化学学会主办的Analytical Chemistry期刊上（化学类SCI一区，DOI: 10.1021/acs.analchem.7b04949）。 

OH自由基是大气中重要的氧化剂，对流层大气中几乎所有的可被氧化的痕量气体主要是通过与OH自由基反应而被转化和去除的。因此，大气中OH自由基的浓度水平可作为大气氧化能力的指标，其源与汇及反应过程与区域和全球性气候变化、大气臭氧水平以及酸沉降等重大环境问题密切相关，国际上非常重视OH大气化学过程的研究。但由于OH自由基反应活性高、寿命短、浓度低，其准确测量十分困难，是当今大气化学领域非常重要和挑战性的研究内容。 

磁旋转吸收光谱技术（FRS）利用顺磁性分子在纵向磁场中发生的法拉第效应，分子能级发生塞曼分裂，通过调制解调旋光信号获得磁旋转吸收光谱。该方法对顺磁性分子信号有显著的增强作用，同时能够排除其他抗磁性分子（如大气中常见的水和挥发性有机组分等）吸收的干扰，具有很高的探测灵敏度。 

课题组赵卫雄研究员等从2009年开始在国际上率先发展基于中红外2.8微米磁旋转吸收光谱的OH自由基探测新方法（Opt. Express 19, 2493-2501, 2011; Appl. Phys. B 109, 511–519, 2012）。此次，课题组与强磁场科学中心陈文革研究员课题组以及万瑞冷电科技有限公司的研究人员联合攻关，首次将大口径传导冷却超导磁体系统应用于磁旋转吸收光谱中，并将其与大气光化学反应烟雾箱实验系统相结合，在108米吸收光程上，实现了OH自由基1.6×10⁶个/cm³的探测极限，测量准确度好于3%。 

该仪器的研制成功，将为OH自由基相关的大气化学过程研究提供研究平台，从而促进OH自由基再生新机制、大气氧化性、挥发性有机物降解机理、有机气溶胶老化等大气化学核心问题的深入研究，对我国当前大气复合污染研究具有重要意义。 

该研究工作得到国家自然科学基金、中科院青促会以及安徽省杰出青年基金等项目的资助和支持。 

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.7b04949 

图1 基于超导磁体的磁旋转吸收光谱测量OH自由基装置示意图和照片

图2 臭氧光解实验过程中的OH自由基FRS信号变化：(a)反应不同时刻的FRS信号；(b)反应临近结束时的FRS信号。