颗粒物与气相之间的气粒平衡、气粒分配是大气气溶胶的基本物理化学过程，如何实现气相中化学组分和颗粒物相中化学组分的同时原位探测，对于认清气溶胶吸湿性、挥发性、颗粒物风化和潮解动力学过程，都具有重要的科学意义。真空型傅里叶变换红外光谱仪快速扫描技术，结合脉冲湿度变化技术，可以实现相对湿度脉冲变化条件下，气相和颗粒物相的同时原位高时间分辨观测。由于仪器的光学舱和样品舱抽至较高真空度状态，极大地消除了空气中二氧化碳和水汽分子的吸收和外来颗粒物带来的干扰，背景光谱中不含水蒸气和二氧化碳的信息，使仪器灵敏度和检测能力（降低了检测限）得到极大的提升，为样品室中水蒸气信号的定量分析奠定了技术基础。

脉冲湿度--快速扫描真空FTIR联用装置主要包括三个部分：真空型傅里叶变换红外光谱仪、脉冲湿度控制系统和样品池（见图）。真空泵1：单叶轮旋转的真空泵，可以确保光学舱和样品舱内真空度达到0.20千帕。光源：SiC远红外/近红外光源(10000～20厘米^-1)。干涉仪：高精度21°的迈克尔逊干涉仪（Ultra Scan）。分束器：溴化钾（KBr）凝胶分束器（范围8000～350厘米^-1）。检测器：液氮冷却光伏（mercury-cadmium-telluride; MCT）检测器。

脉冲湿度-快速扫描真空红外光谱联用装置示意图

脉冲湿度控制系统主要由五部分组成，包括水蒸气发生罐、真空泵2、湿度与压力传感器、阀门系统和电磁阀控制系统。①水蒸气发生罐。是存储一定量超纯水密封容器，由不锈钢导管将水蒸气导出，为了确保水蒸气温度恒定，将水蒸气发生罐放置在电热恒温水浴池中。②真空泵2。单抽头流量10升/分，对样品池抽真空。③湿度与压力传感器。在管路内的湿度计C和压力计E，用于监测样品池的温度、相对湿度（RH）和压力。④湿度与压力监测装置及阀门系统均由一个可编程逻辑控制器和计算机（D）控制，精确控制蒸气进入及排出样品池的流量。

样品池由不锈钢制作，水蒸气进气口连接电磁阀B，水蒸气排出口连接电磁阀F，两端可拆卸密封窗口可以安装红外光透射窗片，可以是Si片、CaF₂片或ZnSe等。气溶胶样品沉积到窗片上，通过调节A、G阀，改变样品池中水蒸气进出流量，控制电磁阀B、F开启或关闭，就能按实验的要求控制样品池中相对湿度，并随时间的改变。利用快速扫描傅里叶变换技术进行原位测量，就能获得高时间分辨的傅里叶变换光谱，该光谱既包含窗片上气溶胶样品的信息，也包含样品池中水蒸气的信息。

由于湿度计和压力计的响应时间大于1秒，所以湿度传感器和压力传感器很难获得高时间分辨的环境相对湿度数据。因为傅里叶变换光谱的时间分辨率高，采用水蒸气傅里叶变换光谱的峰高，来标定样品池内的相对湿度，这样可以克服传感器时间响应慢的缺点。相对湿度RH是指同一温度下空气中的绝对湿度与饱和绝对湿度的比值，可以理解为同温度下实际的空气水蒸气压强和饱和水气压强的百分比，即：

…（1）

由理想气体状态方程可得：

…（2）

由朗伯-比尔定律可得：

…（3）

结合以上三个公式可得：

…（4）

…（5）

式中和分别为温度T下水蒸气的分压和饱和水蒸气压强；为吸光度；为样品池的光程长度；为气体样品浓度；为气体分子的摩尔吸收系数，与气体分子的结构及入射光的波长有关；为气体常数（8.314焦·摩^-1·开^-1）；为恒定常数。

可以用于气溶胶吸湿性、传质过程、风化潮解动力学等方面的研究。