近年来，我国空气污染日益严重，多种污染源排放的气态和颗粒态一次污染物与经过一系列大气化学过程形成的二次污染物共存并相互作用，表现出明显的复合污染特征。 HOx 自由基（OH 和HO2），RO2自由基的快速循环反应，决定着大气中主要污染物的生成和去除，其浓度水平是局地大气氧化能力的一个重要量度，是大气污染形成的核心。 揭示自由基的化学机制是大气氧化性和大气污染成因研究的核心挑战，对于我国严重大气复合污染的应对和防治具有极为重要的意义。

本实验室发展新型的光谱探测技术，对自由基进行探测，并开展自由基循环再生机制研究。具体包括：

（1）磁旋转吸收光谱测量OH自由基研究

磁旋转吸收光谱技术（FRS, Faraday rotation spectroscopy）利用顺磁性分子在纵向磁场中的法拉第效应，对入射线偏振光产生偏振面的旋转或椭偏效应，通过吸收池后的透射光由检偏器检测磁旋光信号。 磁旋转吸收光谱探测技术对顺磁性自由基分子信号有显著的增强作用，能够排除其他抗磁性分子吸收的干扰，具有很高的探测灵敏度。通过磁场参数、谱线强度、吸收光程等参数，可以直接获得OH的浓度，是一种很适合于自由基探测的方法。

在国家自然科学基金仪器专项项目的资助下，课题组首次将大口径低温超导磁体的磁旋转吸收光谱与烟雾箱相结合,用于烟雾箱内OH自由基的实时、原位测量。 本课题组针对光化学烟雾箱中OH自由基的测量，将磁旋转吸收光谱与光学多通池（1.5 m 基长，可实现108 m 吸收光程）相结合，在8 s 采样时间下，实现了OH 自由基1.6×106 个/cm3 的探测极限。 该装置为OH 自由基相关的大气化学机制及反应过程的研究提供了一个重要的实验室研究平台。

（2）化学放大法测量过氧自由基

过氧自由基（包括HO2和有机过氧自由基RO2）是大气化学反应过程中重要的中间体自由基，在大气对流层光化学循环中起着承上启下的重要作用。 许多二次污染物如臭氧、含氧有机物（OVOCs）、过氧乙酰硝酸酯（PANs），以及二次有机气溶胶（SOA）的形成都与其密切相关，已经成为国内外大气环境科学领域的研究热点。 由于大气中的过氧自由基浓度低、活性强，对其准确测量难度大，是大气环境与大气化学领域一项重要的研究内容。

项目组将宽带腔增强吸收光谱技术（IBBCEAS）与化学放大法（PERCA）相结合，发展了对过氧自由基新的实时在线测量方法开展了研究。 在60s采样时间下，可实现过氧自由基0.9 pptv的探测极限。PERCA方法通过链式反应将过氧自由基转化为浓度较高的NO2，使用通过IBBCEAS测量NO2实现过氧自由基的高灵敏度探测。 IBBCEAS宽带光谱的测量，可以有效排除其它气体吸收或者气溶胶消光对NO2测量的影响，准确度高。在60s采样时间下，可实现过氧自由基0.9 pptv的探测极限。 该装置的发展和建立，将在实验室研究和外场观测中发挥重要的作用，促进大气光氧化反应机理的深入研究。

期刊论文

1. Ultra-sensitive measurement of peroxy radicals by chemical amplification broadband cavity-enhanced spectroscopy

Yang Chen, Chengqiang Yang, Weixiong Zhao*, Bo Fang, Xuezhe Xu, Yanbo Gai, Xiaoxiao Lin, Weidong Chend, Weijun Zhang*

Analyst, 2016, 141, 5870-5878. [doi:10.1039/C6AN01038E]

2. Atmospheric and Environmental Sensing by Photonic Absorption Spectroscopy

W. Chen, T. Wu, W. Zhao, G. Wysocki, X. Cui, C. Lengignon, R. Maamary, E. Fertein,C. Coeur, A. Cassez, Y. Wang, W. Zhang, X. Gao, W. Liu, F. Dong, G. Zha, Zheng Xu, T.Wang

Proc. of SPIE 8631, 86310Y (2013).

3. High sensitivity Faraday rotation spectrometer for hydroxyl radical detection at 2.8 m

W. Zhao, G. Wysocki, W. Chen*, W. Zhang*

Applied Physics B 109(3): 511-519 (2012)

3. Photonic sensing of the atmosphere by absorption spectroscopy

Cui Xiaojuan, Lengignon Christophe, Wu Tao, Zhao Weixiong, Wysocki Gerard, Fertein Eric, Coeur Cecile, Cassez Andy, Croize Laurence, Chen Weidong*; Wang Yingjian, Zhang Weijun, Gao Xiaoming, Liu Wenqing, Zhang Yujun, Dong Fengzhong

Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 113(11): 1300-1316 (2012)

4. Sensitive and Selective Detection of OH Free Radical using Faraday Rotation Spectroscopy at 2.8 μm

Weixiong Zhao, Gerard Wysocki, Weidong Chen*, Eric Fertein, David Lecoq, Denis Petitprez, Weijun Zhang

Optics Express 19(3): 2493-2501 (2011)

会议论文

1. Development of a dual-channel chemical amplification broadband cavity enhanced spectroscopy instrument for the measurement of peroxy radicals

Y. Chen, W. Zhao*, B. Fang, X. Xue, Y. Gai, X. Lin, and W. Zhang*

in Light, Energy and the Environement 2015, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2015), paper JTu5A.23.

2. Static Magnetic Faraday Rotation Spectroscopy for OH Radical Detection at 2.8 μm

W. Zhao, L. Deng, X. Xu, W. Chen, X. Gao, W. Huang, and W. Zhang

in Imaging and Applied Optics 2014, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2014), paper JTu4A.31.

3. Shot-Noise Limited Sensitive Detection of OH Radicals by Faraday Rotation Spectroscopy at 2.8 μm

W. Zhao, G. Wysocki, W. Chen, E. Fertein, D. Le Coq, D. Petitprez, W. Zhang

in CLEO:2011 - Laser Applications to Photonic Applications, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2011), paper CThCC4.

4. Infrared Faraday Rotation Spectroscopy for Monitoring of the atmospheric oxidation capacity

W. Zhao, G. Wysocki, W. Chen, E. Fertein, D. Petitprez, W. Zhang

EGU General Assembly 2010.