部分大氣分子同位素的高分辨光譜.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)展在不斷地進步。它幫助人們了解分子的結(jié)構(gòu)和分子的性質(zhì)，從宏觀到微觀地認識分子?，F(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。其中許多方面都與人們的生活息息相關(guān)，尤其是對大氣分子的研究。隨著對大氣分子的認識不斷地深入，人們可以更好的了解溫室效應(yīng)的產(chǎn)生細節(jié)，大氣分子的光化學(xué)性質(zhì)對臭氧層的影響，以及逐年增加的污染對大氣的影響。本論文的主要工作將致力于部分大氣分子

2、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，并且能夠修正現(xiàn)有的有效哈密頓量模型中的參數(shù)，使之更加符合實際情況。
　　 在第一章中我們將首先介紹分子光譜的產(chǎn)生原理，并在振動和轉(zhuǎn)動的基礎(chǔ)上介紹了光譜的能級特點，最后介紹了利用有效算符來全局擬合分子譜線強度的方法。
　　 第二章里我們講述了紅外傅里葉變換光譜儀的基本工作原理，和本實驗室所使用的Bruker IFS 120HR紅外傅里葉變換光譜儀的基本結(jié)構(gòu)；然后介紹了光

3、腔衰蕩光譜(CRDS)的基本原理以及本實驗室自行搭建的一套CW-CRDS裝置，并用痕量的乙炔氣體對其進行了測試，結(jié)果表明，其不但具有10?4cm?1的光譜分辨率，測量靈敏度也好于10?10/cm，而且具有定量測量和痕量測量的能力，在現(xiàn)有激光的工作波段對C2H2氣體的檢測限為0.2ppmv。
　　 第三章我們把注意力集中到了大氣分子N2O的幾種同位素上：先用FTS測量了同位素15N14N16O(546）3500-9000cm-1的

4、紅外光譜，經(jīng)過數(shù)據(jù)的處理和分析，我們獲得并歸屬了超過15000條的546譜線，所有的譜帶多達133個，其中超過100個為最新觀測到的譜帶；然后通過CW-CRDS裝置先后測量了14N15N16O(456)，15N14N16O(546)和15N162 O(556)在6ν3譜帶附近的光譜，分別獲得了這幾個同位素分子213、86和191條譜線，其中對456和556，我們還同時觀測到了它們的ν2 + 6ν3熱帶，對這些譜帶(6ν3和ν2 + 6ν

5、3)我們用最小二乘法獲得了它們的振轉(zhuǎn)光譜參數(shù)，最后通過對譜線線形的擬合得到了6ν3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ν2+6ν3熱帶沒有被微擾以外，其它4個譜帶都被微擾了。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，可以認為這些參數(shù)還需要進一步的更正，我們觀測到的數(shù)據(jù)可以幫助這些參數(shù)變得更加準(zhǔn)確。<

6、br>　　 第四章我們測量了自然豐度的大氣分子CO2在7123-7917cm?1波段的CWCRDS光譜，光譜所能達到的靈敏度(噪聲等效吸收水平αmin約2×10<'-10>cm-1)讓我們可以歸屬總共2478條譜線到12C16O2、16O12C17O和16O12C18O同位素分子，譜線的強度從1.22×10<'29>到4.11×10<'25>cm/molecule不等，大部分譜線的強度誤差為3％左右。在我們工作的范圍內(nèi)，我們觀測到了比

7、Mandin的金星光譜(384條譜線)多得多的躍遷譜線；這些強度中的大部分也是第一次被觀測到；我們也同時擬合了16O12C18O的ΔP = 10的有效偶極矩參數(shù)，通過對大量新數(shù)據(jù)的擬合，我們也修正了12C16O2和16O12C18OΔP = 11的有效偶極矩參數(shù)，這些新的參數(shù)將有助于CDSD數(shù)據(jù)的更新。我們同時也比較了我們的結(jié)果與最新版本的CDSD數(shù)據(jù)，種種實驗誤差范圍以外的差異表明我們觀測到的數(shù)據(jù)對進一步修正不同的EH模型參數(shù)是非常有

8、價值的。另外，我們還測量了自然豐度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)及躍遷偶極矩平方和Herman-Wallis系數(shù)均已給出。我們將本實驗的數(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，這很有可能是由于在高波數(shù)范圍>9650cm-1數(shù)據(jù)的匱乏，所以CDSD在這個波段與