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大气中的黑碳气溶胶有着较强的强迫辐射作用,对全球气候变化有显著的影响,对人体健康也有一定的危害。一般而言,黑碳气溶胶的检测方法包括光热分析法和光学分析法,其中基于光声光谱技术的光学检测方法,由于克服了有膜方法无法准确定量质量衰减系数、采样膜存在光损失等缺点,受到研究者的重视,是目前黑碳气溶胶光学分析的校准方法之一。本研究围绕基于光声光谱技术的黑碳气溶胶检测方法展开。 利用悬浮液喷雾法建立了实验室黑碳气溶胶标准源。采用碳黑颗粒配置碳黑悬浮液,以水一乙醇(体积比1∶4)混合液作为悬浮液的溶剂,采用表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)促进碳黑悬浮液的稳定性,确定了碳黑悬浮液适宜的pH值为9。在采用超声喷嘴作为雾化设备的基础上,设计了利于悬浮液和载气混合的缓冲室,搭建了悬浮液喷雾法黑碳气溶胶标准源。通过对标准源的测试,确定了悬浮液其他物质对黑碳气溶胶浓度的影响,当碳黑悬浮液浓度大于2mg·L-1时,(SDS+NaOH)对碳黑的质量比为1.1∶1。得到标准源适宜的工作条件为载气流量10L·min-1,进液流量为66~200μL·min-1,在此工作条件下,得到标准源的参考工作曲线,实验结果显示悬浮液喷雾法在黑碳气溶胶目标浓度为50~150μg·m-3的需求下能够较好地工作,参考工作曲线的线性相关方程为y=6.5292x+9.3959,R2=0.972。 建立了测定黑碳气溶胶的光声光谱系统。自行设计了串行气路的共振式光声池及屏蔽设备,选用波长为808nm的二极管激光器作为光声光谱系统的光源,采用Knowles微型传声器采集光声信号,利用双相锁相放大器对激光光源进行调制,并对采集到的光声信号进行差分处理,测量黑碳及溶胶光声信号的声强和相位等信息,采用基于计算机的DasyLab9.0软件编写光声光谱系统的控制程序,使整个系统能够通过计算机达到自动检测的效果。 在4213Hz的工作频率下,利用标准源对光声光谱系统进行了测试。结果显示光声光谱系统对浓度在40~150μg·m-3范围内的黑碳气溶胶有着较好的信号响应,并表现出了良好的线性关系。