部分大氣分子同位素的高分辨光譜研究.pdf

1、分子光譜學(xué)自誕生以來，一直是一門重要的學(xué)科，而且也隨著科技的飛速發(fā)展在不斷地進(jìn)步，幫助人們不斷了解分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。現(xiàn)在這門學(xué)科已被廣泛地應(yīng)用于光化學(xué)、天文和環(huán)境科學(xué)等研究領(lǐng)域。特別關(guān)于大氣分子的研究對于更好地了解溫室效應(yīng)的產(chǎn)生細(xì)節(jié)，大氣分子的光化學(xué)性質(zhì)和對臭氧層的影響，以及大氣污染機(jī)制都有重要的影響。本論文的主要工作將致力于部分大氣分子的同位素研究，我們的結(jié)果將有助于完善現(xiàn)有的光譜數(shù)據(jù)庫，并修正分子的有效哈密頓量模型。
　　

2、在第一章中我們將簡單介紹分子振轉(zhuǎn)光譜的基本原理，以及利用有效算符來全局?jǐn)M合分子振轉(zhuǎn)光譜的方法。
　　 第二章里將介紹紅外傅里葉變換光譜儀(FTS)的原理和本實驗室所使用的FTS譜儀的結(jié)構(gòu)；然后介紹光腔衰蕩光譜(CRDS)的基本思想以及本實驗室自行搭建的一套CW-CRDS裝置的結(jié)構(gòu)。通過對痕量乙炔氣的光譜測量對裝置性能進(jìn)行了測試。結(jié)果表明，其在光譜分辨率達(dá)到10-4cm-1的同時，測量靈敏度也好于10-10/cm，具有定量測量和痕

3、量檢測的能力。在目前工作的0.8微米波段對乙炔氣體的檢測限為0.2ppmv。
　　 第三章研究集中于大氣分子N2O的幾種同位素。用傅立葉變換光譜儀測量了15N14N16O(546)同位素分子在3500-9000cm-1的紅外光譜，經(jīng)過數(shù)據(jù)的處理和分析，獲得并歸屬了超過15000條的N2O-546譜線。獲得133個譜帶，其中超過100個為新觀測到的譜帶。通過CW-CRDS裝置先后測量了14N15N16O(456)、15N14N16

4、O(546)和15N160O(556)在6v3帶附近的光譜，獲得了這三個同位素分子各213、86和191條譜線，其中對N2O-456和556，我們還同時觀測到了它們的v2+6v3←v2熱帶，對這些譜帶用最小二乘法獲得了它們的振轉(zhuǎn)光譜參數(shù)，通過對譜線線形的擬合得到了6v3冷帶的譜線強度，大部分強度數(shù)據(jù)的誤差估計為4％，與強度相關(guān)的躍遷偶極矩平方以及Herman-Wallis系數(shù)也一并給出。這些譜帶中除N2O-556的v2+6v3態(tài)未觀測到

5、微擾以外，其它的譜帶都發(fā)現(xiàn)被微擾。通過將我們觀測到的譜線位置與當(dāng)前有效哈密頓量模型參數(shù)預(yù)測的數(shù)據(jù)相比較，可以認(rèn)為目前的有效哈密頓模型必須進(jìn)一步修正。
　　 第四章我們測量了自然半度的CO2氣體在7123-7917cm-1波段的CW-CRDS光譜，在靈敏度(噪聲等效吸收水平αmin約2×10-10cm-1)下，可以歸屬共2478條譜線為12C16O2、16O12C17O和16O12C18O分子的吸收線，譜線的強度從1.22×10-

6、29到4.11×10-25cm/molecule不等，大部分譜線的強度數(shù)據(jù)精度為3％左右。在我們工作的范圍內(nèi)，我們觀測到的譜線大大超過了Mandin獲得的金星光譜(384條譜線)；這些數(shù)據(jù)中的大部分也是第一次被觀測到。我們也同時擬合了16O12C18O的△P=10的有效偶極矩參數(shù)，通過對大量新數(shù)據(jù)的擬合，修正了12C16O2和16O12C18Ooe△P=11的有效偶極矩參數(shù)，這些新的參數(shù)將有助于CO2光譜數(shù)據(jù)庫(CDSD)數(shù)據(jù)的更新。通

7、過對比我們的結(jié)果與最新版本的CDSD數(shù)據(jù)，種種超過實驗誤差范圍以外的差異表明，我們觀測到的數(shù)據(jù)對進(jìn)一步修正不同的EH模型參數(shù)是非常有價值的。我們還測量了自然豐度的CO2在12543-12784cm-1范圍內(nèi)的光譜，獲得了12C16O2的4個泛頻譜帶，其中包括2個熱帶。光譜參數(shù)及躍遷偶極矩均已給出。本實驗的數(shù)據(jù)與CDSD、Campargue等人的數(shù)據(jù)(僅有譜線位置)比較發(fā)現(xiàn)，我們的譜線位置跟Campargue是吻合的，但與CDSD差異較大