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(lái)，一直是一門(mén)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。它幫助人們了解分子的結(jié)構(gòu)和分子的性質(zhì)，從宏觀(guān)到微觀(guān)地認(rèn)識(shí)分子?，F(xiàn)在這門(mén)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(duì)大氣分子的研究。隨著對(duì)大氣分子的認(rèn)識(shí)不斷地深入，人們可以更好的了解溫室效應(yīng)的產(chǎn)生細(xì)節(jié)，大氣分子的光化學(xué)性質(zhì)對(duì)臭氧層的影響，以及逐年增加的污染對(duì)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(kù)，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(shí)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(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的基礎(chǔ)上介紹了光譜的能級(jí)特點(diǎn)，最后介紹了利用有效算符來(lái)全局?jǐn)M合分子譜線(xiàn)強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室自行搭建的一套CW-CRDS裝置，并用痕量的乙炔氣體對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明，其不但具有10?4cm?1的光譜分辨率，測(cè)量靈敏度也好于10?10/cm，而且具有定量測(cè)量和痕量測(cè)量的能力，在現(xiàn)有激光的工作波段對(duì)C2H2氣體的檢測(cè)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(cè)量了同位素15N14N16O(546）3500-9000cm-1的

4、紅外光譜，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的處理和分析，我們獲得并歸屬了超過(guò)15000條的546譜線(xiàn)，所有的譜帶多達(dá)133個(gè)，其中超過(guò)100個(gè)為最新觀(guān)測(cè)到的譜帶；然后通過(guò)CW-CRDS裝置先后測(cè)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(gè)同位素分子213、86和191條譜線(xiàn)，其中對(duì)456和556，我們還同時(shí)觀(guān)測(cè)到了它們的ν2 + 6ν3熱帶，對(duì)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(guò)對(duì)譜線(xiàn)線(xiàn)形的擬合得到了6ν3冷帶的譜線(xiàn)強(qiáng)度，大部分強(qiáng)度數(shù)據(jù)的誤差估計(jì)為4％，與強(qiáng)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(méi)有被微擾以外，其它4個(gè)譜帶都被微擾了。通過(guò)將我們觀(guān)測(cè)到的譜線(xiàn)位置與當(dāng)前有效哈密頓量模型參數(shù)預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)相比較，可以認(rèn)為這些參數(shù)還需要進(jìn)一步的更正，我們觀(guān)測(cè)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(cè)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(dá)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(xiàn)到12C16O2、16O12C17O和16O12C18O同位素分子，譜線(xiàn)的強(qiáng)度從1.22×10<'29>到4.11×10<'25>cm/molecule不等，大部分譜線(xiàn)的強(qiáng)度誤差為3％左右。在我們工作的范圍內(nèi)，我們觀(guān)測(cè)到了比

7、Mandin的金星光譜(384條譜線(xiàn))多得多的躍遷譜線(xiàn)；這些強(qiáng)度中的大部分也是第一次被觀(guān)測(cè)到；我們也同時(shí)擬合了16O12C18O的ΔP = 10的有效偶極矩參數(shù)，通過(guò)對(duì)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(shí)也比較了我們的結(jié)果與最新版本的CDSD數(shù)據(jù)，種種實(shí)驗(yàn)誤差范圍以外的差異表明我們觀(guān)測(cè)到的數(shù)據(jù)對(duì)進(jìn)一步修正不同的EH模型參數(shù)是非常有

8、價(jià)值的。另外，我們還測(cè)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(gè)泛頻譜帶，其中包括2個(gè)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(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)與CDSD 、Campargue等人的數(shù)據(jù)(僅有譜線(xiàn)位置）比較發(fā)現(xiàn)，我們的譜線(xiàn)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(gè)波段與