仪器概述

Aerodyne公司的QC激光痕量气体成分监测仪系列在大气成分测量方面具有非常高的时间分辨率(10Hz)和出色的灵敏度,对多种成分灵敏度达ppt量级。一切优异性能均依赖于散光多通道吸收腔本身的高灵敏度。

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图1.QCL-Dual

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图2.QCL-mini

QCL-mini (QCL Mini Monitor)监测仪是一款简化版、应用单束激光的痕量气体测量设备。它在该QC激光系列中体积最小、最经济实用。通过适当的设置,QCL-minis可以测量多种气体,包括NO, N2O, NO2, NH3, CO, CO2, CH4, C2H6, COS, HCHO, O3 和其它气体。还可以同时测量多种成分,例如:N2O、CH4 和H2O, N2O、CO 和H2O, 或者 N2O、CO2 和H2O,详细内容请参考:QCL-N2O

QCL-Dual (Dual QC Laser Trace Gas Monitor)采用了两重量子级联激光,可以同时测量多种大气痕量气体成分。具体包括NO, N2O, NO2, NH3, HONO, HNO3, CO, CH4, C2H4, HCHO, CHOOH, SO2, COS, O3, HOOH及其它成分。目前有两种版本可供选择:灵敏度增强版和响应速度增强版。

QCL-CO2-Iso 可实时测量大气中13CO2 和 CO18O的同位素比例。它的精度可以匹美现今所有光学同位素测量设备,且它的外场实时监测结果可与同位素质谱仪的准确表现并肩。另外,我们还提供一款可额外同时测量水汽同位素的CO2-H2O 同位素监测仪和一款测量CO2同位素族(同位素群落)的QCL-CO2 同位素族监测仪

QCL-N2O 氧化二氮痕量气体监测仪是 QCL-mini 的一种,是现今测量氧化二氮非常精确的仪器。可以测量包括 H2O, CO, CO2, CH4在内的4种气体组合。

QCL-C&N-Iso 测量CH4和N2O中的同位素。它是经过特殊改装的Dual-QCL。测量目标为CH4中的13CH4 和CH3D比值;N2O中的.15N14NO,14N15NO 和 NN18O的比值。

基本原理

ARI拥有开发应用高端设备进行环境和工业制造研究的长远历史。ARI一直努力为研究单位提供高精度的激光光谱痕量气体成分的监测仪器。高分辨率TILDAS能够测量痕量气体的绝对浓度而无需标定气体,并且能够排除其它气体成分的干扰,其中包括水汽。红外激光技术取得的最新进展推动了量子级联激光技术的发展,使其在外场观测使用和站点装备具有很大优势。量子级联激光技术无需低温液体冷却,因而可以在室温条件下运行。而且由于热电探测器的使用,使TILDAS完全摒弃了液氮。量子级联激光技术具有很好的模式稳定性和再现能力,大大减少了对操作者的技术要求,并允许总控键(TURN-KEY)控制,可以无人职守运行数周。

仪器的基本元件包括专用的量子级联激光,用于测量N2O-CO2-H2O (2240 cm-1), N2O-CO-H2O (2200 cm-1), NH3 (967 cm-1), CH4-N2O (1271 cm-1)和其它目标气体成分及其组合。激光器置于密闭真空空间内,利用热电冷却,并产生连续激光。仪器安装的标准激光器件光程为76米、体积为0.5升(备选210米光程的超大内核,体积V=2 L),并有多个吸收通道,工作大气压力为30-60Torr。当接入可选的60升/分真空泵时,仪器的响应时间(1/e)小于1秒;而当接入的真空泵达到500升/分时,其响应时间小于0.1秒。电子元件包括激光温度、电流控制器、计算机数据访问高速D/A板。仪器配有内置计算机,运行WIN系统和ARI版权的软件TDLWINTEL,可以控制、访问、分析。数据访问频率在1Hz-20Hz范围内可以调节。自动背景扣除程序和电磁阀可以切换采样和零气,也可以方便用户定时校准。

运行环境

仪器运行环境温度要求在 15-35°C 之间。仪器自备有水循环回路系统,用于恒温光学和电子器件。因而没有其它的水冷却要求和低温液体。

真空泵选择

仪器要求无油真空泵。用户可以选择购买其它厂商或者我们提供的真空泵。对于较低的响应时间要求,建议使用Varian IDP-3, 60 LPM 涡旋真空泵;此型号真空泵提供的响应时间低于1秒。对于较高响应时间要求,建议采用VARIAN model TRISCROLL-300无油涡旋真空泵。此型号真空泵可使用50-60Hz电源,泵速可达300L/min,足以为涡度相关能量测量提供达10Hz连续采样响应时间。两种泵均提供自动隔离阀门,防止在断电的情况下造成光学器件污染。