利用基于空间外差光谱技术的中高层大气OH自由基甚高光谱探测仪,配合太阳跟踪器,对晴空太阳直射光谱进行测量,获得了308 nm波段高分辨率的太阳直射光谱。对干涉数据进行去暗电流、去基线、相位校正和傅里叶变换等处理,得到最终的干涉光谱图。利用辐射传输模型模拟理论上到达地面的光谱,将实测结果与理论模拟结果进行比对发现,光谱匹配一致,这为在轨探测高分辨率太阳光谱与目标散射信号提供了实验数据。

OH*自由基是火焰中主要的激发态自由基之一, 它所产生的化学发光可用于描述火焰的结构、 拉伸率、 氧燃当量比和热释放速率等特征信息, 因此被广泛应用于火焰燃烧状态的在线诊断。 以甲烷/氧气层流同轴射流扩散火焰作为研究对象, 采用GRI-Mech 3.0机理结合OH*自由基生成和淬灭反应进行数值计算, 对OH*自由基的二维分布特性进行研究, 分析不同区域内OH*自由基的生成路径, 并探讨不同氧燃当量比例和不同喷嘴出口尺寸对OH*自由基强度和分布特性的影响。 模拟结果与实验研究基本吻合, 表明计算模型能够准确描述火焰中OH*自由基的二维分布。 结果表明: 在甲烷/氧气层流同轴射流扩散火焰中, OH*自由基存在两种不同形态的分布区域, 分别由反应CH+O2=OH*+CO和H+O+M=OH*+M生成; 随着氧燃当量比提高, OH*自由基的分布区域逐渐向火焰下游扩张, 根据其分布形态的变化可以对火焰燃烧状况进行判断; 如果OH*自由基仅分布于火焰的上游区域且呈断开形态, 则说明火焰处于贫氧燃烧状态。 如果OH*分布呈环状形态, 则说明火焰处于富氧燃烧状态; 相同氧气流量条件下, 缩小喷嘴出口的环隙尺寸有助于加强燃料和氧气的化学反应程度, 从而使火焰中OH*自由基的摩尔分数显著提高, 增强OH*化学发光的辐射强度, 提高火焰光谱诊断的准确性。

液相放电能够产生各种活性物质, 其中羟基自由基(OH), 氢自由基(H)被认为是引发液相化学反应的主要活性物种, 但由于其活性强寿命短的特点, 测量比较困难, 由于缺少标准样品, 定量测量更为困难。 用光学方法测量自由基是一种直接测量方法, 其特点是瞬时在线测量, 能立即获得数据, 进行时间和空间分布测量。 为了研究微波水中放电产生的自由基特性, 利用发射光谱诊断技术对微波水中放电产生的活性物质进行了在线检测, 考察了微波功率、 反应器内部压强对OH自由基相对光谱强度的影响, 并观测了等离子体中OH自由基强度的空间分布; 同时, 估算了微波液相等离子体中的电子激发温度。 实验结果表明, 微波水中放电可以产生大量的OH, H, O自由基, 其中OH自由基的相对光谱强度最强, 并随微波功率的增加呈现明显上升的趋势, 随反应器内部压强的增大而迅速减弱; 以OH为主的自由基主要产生于电极尖端附近。 微波液相等离子体的电子激发温度约为0.33×104 K。

大气OH自由基是大气中各组分光化学反应的重要媒介, 对大气其他成分的形成和转化起重要作用。 利用MLS传感器2005年—2009年的OH全球浓度数据产品构建OH浓度时空数据库和Lifbase光谱分析软件构建OH发射光谱数据库, 改进了SCIATRAN辐射传输模型, 计算了基于空间外差光谱(SHS)技术的探测仪的临边探测仿真图像, 并提取了大气OH自由基荧光发射在观测能量中的贡献。 基于辐射传输理论, 通过定量计算分析了仿真过程中各个参量不确定度对仿真结果和OH荧光能量的定量影响。 该研究结果不仅能为我国构建中高层OH自由基探测仪提供科学理论支撑, 还能为探测仪器相关参数设计提供依据。

基于太赫兹临边探测仪(microwave limb sounder, MLS)传感器2005～2009年OH自由基、臭氧、水汽观测数据,分纬度、季度分析了平流层和中间层OH自由基时空分布特征及其与臭氧、 水汽的关联性。结果表明:不同纬度中高层OH自由基浓度变化分异明显,存在年周期性;全球中高层OH自由基浓度季度变化显著; 平流层上部OH自由基主要受太阳辐射和臭氧浓度变化影响;中间层OH自由基与水汽浓度变化关系密切。

基于OH自由基的强氧化性（2.8 V）及脉冲放电等离子体（pulsed discharge plasma, PDP）与活性炭（activated carbon, AC）联合体系的协同作用, 依托于光谱检测技术简单、 准确性高、 灵敏度高等优点, 利用发射光谱技术测量了以O2作为载气的PDP/AC联合体系中产生的OH自由基的相对发射光谱, 用以表征体系中OH自由基相对生成量的变化。 通过考察PDP水处理体系中不同AC添加量、 脉冲峰值电压、 电极间距对OH自由基相对发射光谱强度的影响, 分析了影响OH自由基生成量的因素； 通过比较, 分析去离子水和酸性橙II（acid orange, AO7）溶液中OH自由基发射光谱强度的变化规律, 表征了OH自由基生成量的变化, 以说明PDP/AC的协同作用机理及OH自由基对有机物的氧化作用。 研究结果表明, 增加AC的添加量可以增强其在PDP体系中的催化效果, 导致PDP/AC联合体系中OH自由基的相对发射光谱强度的增加； 随着脉冲峰值电压的升高, 注入PDP体系中的能量增加, 从而增加了体系中OH自由基的产量； 电极间距增加导致PDP体系能量效率降低, 降低了OH自由基的产生量； 无论是以去离子水还是以AO7溶液为溶液相, PDP/AC联合体系中OH自由基的产量均高于其在单独PDP体系中的生成量, 且在PDP/AC联合体系和单独的PDP作用体系中, 去离子水中OH自由基的相对发射光谱强度均高于其在AO7溶液中的强度值, 这证明了AC对PDP体系中OH自由基生成的协同作用和有机物对OH自由基的消耗。

脉冲电晕放电过程中OH自由基等活性基团的空间分布特性对燃煤烟气污染物的氧化脱除具有重要作用。为了探索脉冲电晕放电污染物控制技术的机理, 采用激光诱导荧光法检测线板式反应器内部脉冲电晕放电过程中OH自由基的空间二维分布特性, 主要研究了不同相对湿度和含氧量对OH自由基空间二维分布特性的影响。实验表明, 脉冲电晕放电过程中OH自由基主要存在于线电极下方的区域中, 并以线电极为中心面向板电极呈现扇形分布, 并且其扇形分布区域的纵向长度和横向宽度的最大值均小于1 cm; 相对湿度的增大有利于OH自由基的生成, 促进OH自由基空间二维分布区域面积的扩大, 当相对湿度为65%时OH自由基的空间二维分布区域面积达到最大值; 当含氧量为2%时最有利于OH自由基的生成, 并且OH自由基的空间二维分布区域面积达到最大值, 当含氧量超过15%时对OH自由基的生成及其空间二维分布主要起抑制作用。同时, 相对湿度和含氧量的增加均提高了激发态OH自由基中猝灭部分所占的比重, 从而降低了OH自由基的荧光产率, 其中含氧量对OH自由基荧光产率和OH自由基空间二维分布的影响作用大于相对湿度。

介绍了利用XeCl准分子激光器作为光源, 测量酒精喷灯火焰中OH自由基浓度的实验方法与结果分析。 以XeCl准分子激光器作为光源, 采用Herriott结构多次反射池扩展光程至2 560 m, 利用酒精喷灯作为OH自由基发生器, 使用光谱分辨率为3.3 pm的高分辨中阶梯光栅光谱仪作为光谱采集系统。 详细描述了应用不包含etaloning结构的XeCl准分子激光器作为光源的原因, 如何去除XeCl准分子激光器反应腔腔体中的水汽干扰等。 选取308.145～308.175 nm波段范围对OH自由基浓度进行了反演, 并与利用氙灯作为光源测量酒精喷灯中OH自由基浓度的结果进行了对比。

流光在OH自由基的生成过程中起到重要作用。 为了研究流光与OH自由基之间的关系， 利用ICCD拍摄了线板式脉冲电晕放电反应器内流光的形成和发展过程， 着重研究了在反应器几何结构固定的情况下， 输入峰值电压对流光发展速度和流光在阴极板覆盖范围的影响。 实验表明在反应器不击穿的情况下， 输入峰值电压越大， 越有利于流光的发展， 因此生成的高能电子数量越多。 此外我们还利用发射光谱法测量了脉冲电晕放电反应器内OH自由基的二维分布特性， 并且与流光发展轨迹图对比。 OH自由基在放电电场中的分布特性是以电极线为中心向四周扩散， 浓度逐渐降低。 这个结论和流光在脉冲电晕放电反应器内的发展轨迹图相吻合。

介绍了超高分辨差分吸收光谱测量火焰中OH自由基的实验方法与结果分析。 实验以准直氙灯作为光源; 使用基长为20 m, 反射次数176次, 总光程为3 520 m的怀特结构多次反射池扩展光程; 使用光谱分辨率为3.3 pm的超高分辨中阶梯光栅光谱仪作为光谱采集系统。该系统满足对OH自由基单根吸收谱线测量的需求。 实验获得了OH自由基在308 nm附近的6条特征吸收峰。 利用此方法对蜡烛、 酒精灯、 酒精喷灯火焰中的OH自由基进行了监测, 并反演了它们的浓度。