北京普瑞亿科科技有限公司
2021/11/26 17:12:03
严重的空气污染和逐渐变暖的气候是目前人类社会面临的重大威胁。据世界卫生组织估计,90%的人口呼吸的空气都是不健康的,每年因空气污染而早逝的人数高达700万。地球变暖则可触发一系列难以预测的天气和气候灾害,给人们的生命健康和财产安全带来巨大隐患。空气污染、全qiu变暖这两大重要环境问题,都与含碳物质(例如黑碳、二氧化碳、甲烷)排放密切相关。这些物质既可通过自然过程排放(例如森林火灾),亦可通过人类活动产生(例如机动车尾气、工厂废气),一旦排放到大气中,很难通过常规手段进行区分。放射性碳同位素(14C)分析,是解决此难题的强有力技术手段。
由于化石燃料不含14C(14C半衰期:5730±40年),而现代生物质的14C丰度与当前大气的14C丰度一致,因此,通过测量大气中含碳物质的14C,能可靠估算化石燃料燃烧对大气碳质组分的贡献。中ke院广州地球化学研究所张干研究员团队在14C技术的研发与应用上已有10余年的研究积淀,开发了针对不同大气含碳物质14C的系列技术方法,该所14C加速器质谱实验室是国际上少数几个具有完备前处理技术平台的*实验室。
近期,张干研究员团队在国家自然科学基金委主办的Fundamental Research期刊上系统综述了14C在大气中关键含碳物质(黑碳、多环芳烃、二氧化碳、甲烷)溯源与环境过程研究上的技术方法和应用进展,描绘了大气Δ14CO2在IPCC不同减排情境下的演化,并指出加强碳减排实施的必要性和紧迫性。最后,文章对14C在大气环境科学领域的研究方向进行了展望。
谈及14C在我国的研究情况,张干研究员说道:“虽然我国科学家已逐渐认识到14C是研究人类活动影响大气环境和气候变化的利器,且取得了许多重要进展,但目前我国这方面的数据积累仍然比较薄弱,譬如我国还没有建立针对性的全国或重点地区14C观测网络。可喜的是,为了更有效服务我国碳减排行动和碳中和目标,在中国环境监测总站于今年5月发布的典型城市大气碳监测技术指南中,已纳入了大气Δ14CO2的测量任务。这无疑将极大地促进我国大气14C观测技术的发展与应用”。
本研究强调了大气14C测量可为空气污染控制、碳减排政策效力评估提供科学依据。
图1. 放射性碳(14C)示踪化石源碳排放示意图
以上内容节选自期刊Fundamental Research 2021年第3期发表的文章 “G. Zhang, J.W. Liu, J. Li, et al., Radiocarbon isotope technique as a powerful tool in tracking anthropogenic emissions of carbonaceous air pollutants and greenhouse gases: A review, Fundamental Research 1(3)(2021)306-316 ”
以上内容转载自中国核技术网
早期进行14C测量使用的是β衰变法,即测量样品衰变产生的β射线的剂量来推断14C含量。这一方法测量周期较长,需要的样品量较大。后来超灵敏加速器质谱(AMS)技术的出现,通过直接测量14C原子数,使14C测定样品用量减少了3-4个数量级,测样时间缩短了近100倍。AMS设备具有精度高,速度快,样本量小等优点,但是AMS设备体积庞大,采购非常昂贵,目前国内也才有十几套设备。
在大气14C的测定中有两个难点,首先在于有设备,第二在于样品制备。而对于实验来说,样品制备带来的干扰可能性更高。一般我们无法直接测试14C,需要对大气进行采集和纯化之后直接测试,或者使用 Zn-Fe 法将纯化的CO2 还原成石墨,制成靶后用加速器质谱仪进行14C测定。
针对大气14C测定的两大痛点:设备昂贵和样品制备误差大,我们特别向各位老师提供一揽子解决方案——EA-IRMS-iRIS 13C 14C同位素测量系统。整套设备由四部分组成:1、Air CO2 PSM现场取样器;2、ECS 8070元素分析仪;3、ID Micro桌面质谱仪;4、PEM iRIS 14C分析仪。EA-IRMS-iRIS 13C 14C同位素测量系统是一个集CO2浓缩和纯化为一体,用于分离和检测大气中CO2的C稳定和放射性同位素分析设备。
图1. ECS 8070-IRMS-14C 大气CO2浓度,δ13C和14C分析仪
该装置允许任何操作人员直接在现场收集纯CO2样品,不再需要样品袋/瓶。该装置结构紧凑,重量轻,可充电。
重量轻,仅3kg,随时可用,便于野外携带;
高流量泵,快速取样;
可充电电池,每次充电多达20个样品-快速充电,1.5小时*充电;
快速便捷样品管更换;
H2O、VOC、NOX高效捕集器,捕集器易于更换;
规格:14×16×40cm。
创新的ECS 8070大气CO2同位素前处理设备是一种强大而有用的仪器,能够在短时间内(10-60分钟)捕获和分离每个样品(10-100 mg)相对大量的CO2。采用吸附/解吸原理,用创新的纯化线路,可以消除水、VOC和NOX,只留下纯CO2气体。使用自动空气泵吸附/解吸使得系统使用非常简单,通过新的C-Quantum CO2吸附系统,可以通过自动再生系统处理大量的CO2,与其他系统相比,测量精度高,性能更好。ECS 8070 大气CO2兼容性高,容易对接各类同位素检测设备以测定碳稳定同位素(IRMS)和放射性成因14C的同位素比值。
自动化操作,用户使用友好;
允许更好的使用消耗品,并自动监控其状态,自动泄露测试;
三种可选配置:仅吸附、仅解吸、根据需要完成吸附/解吸循环;
用户可以设置所有的仪器参数,包括CO2捕集阱温度,载气压力和解吸时间;
便携式,可充电和轻量级的现场取样器;
专用CO2烘箱,快速加热和冷却循环;
功能强大的测试软件,结果可视化;
兼容性高,容易对接各类同位素检测设备以测定碳稳定同位素(IRMS)和放射性成因14C的同位素比值。
* 说明:
后接ID Micro桌面质谱仪测试13C同位素比率,分析测试时间10min/样品;
后接PEM iRIS 14C分析仪测试14C同位素比率,分析测试时间1h/样品。
新一代ID Micro桌面同位素比质谱仪*打破了质谱设备的使用限定条件。它无需专门的实验室、体积极小,可以安置在桌面上,因此我们称之为桌面质谱仪。ID Micro 和ECS8070联用,能快速测定大气样品中的δ13C。
体积小巧(长70cm,宽30cm,高47cm),占用空间小;
可插拔可互换的高灵敏度离子源,更换快捷;
真空泵流速可选:70 L/s或250 L/s,取决于所需的灵敏度;
操作简单,使用方便,无需专人进行;
免维护操作;
低功耗,低成本。
用现场采样器从不同地方采集4组大气样品, 通过8070 AIR_CO2 和 IRMS进行重现性测试,结果如下:
表1. 四个不同地理位置大气CO2的δ13C比率(单位:‰)
PEM iRIS便携式放射性14C同位素分析仪基于分布反馈量子级联激光器(DFB-QCL)整合光腔衰荡光谱技术(CRDS),能够高频高精度定量测量14CO2或14C。放射性碳是化石燃料向大气排放二氧化碳的示踪剂,也被用于考古材料的年代测定,以及更为广泛的被用于石油、天然气和核工业等领域。通常情况下,放射性碳由加速器质谱(AMS)以*的成本和几天甚至几周的分析周期获得;而PEM iRIS便携式14C同位素分析仪则可以在低成本的和30~60分钟内获得相关数据,这标志着放射性碳分析检测手段的重大突破。
高精度14CO2 CRD线性吸收平台;
纯CO2分析消除N2O干扰;
整合14C 参照系统(sir-14C);
易于整合外部模块和串联分析仪,用于不同形态样品分析和同位素分析,如12CO2 , 13CO2 和/或CO17O,CO18O;
体积小巧、操作方便、测量快速。