嚴重的空氣污染和逐漸變暖的氣候是目前人類社會面臨的重大威脅。據(jù)世界衛(wèi)生組織估計,90%的人口呼吸的空氣都是不健康的,每年因空氣污染而早逝的人數(shù)高達700萬。變暖則可觸發(fā)一系列難以預測的天氣和氣候災害,給人們的生命健康和財產(chǎn)安全帶來巨大隱患??諝馕廴尽⒆兣@兩大性環(huán)境問題,都與含碳物質(zhì)(例如黑碳、二氧化碳、甲烷)排放密切相關。這些物質(zhì)既可通過自然過程排放(例如森林火災),亦可通過人類活動產(chǎn)生(例如機動車尾氣、工廠廢氣),一旦排放到大氣中,很難通過常規(guī)手段進行區(qū)分。放射性碳同位素(14C)分析,是解決此難題的強有力技術手段。這是因為化石燃料不含14C(14C半衰期:5730±40年),而現(xiàn)代生物質(zhì)的14C豐度與當前大氣的14C豐度一致,因此,通過測量大氣中含碳物質(zhì)的14C,能可靠估算化石燃料燃燒對大氣碳質(zhì)組分的貢獻。為空氣污染控制、碳減排政策效力評估提供科學依據(jù)。
大氣14C的測定中有兩個難點,在于設備昂貴,第二在于樣品制備復雜。而對于實驗來說,樣品制備帶來的干擾可能性更高。一般我們無法直接測試14C,需要對大氣進行采集和純化之后直接測試,或者使用 Zn-Fe 法將純化的CO2 還原成石墨,制成靶后用加速器質(zhì)譜儀進行14C測定。為解決大氣14C測定的兩大痛點:設備昂貴和樣品制備誤差大,我們特別向各位老師提供一攬子解決方案——ECS 8070-IRMS-iRIS 13C 14C同位素測量系統(tǒng)。ECS 8070-IRMS-iRIS 13C 14C同位素測量系統(tǒng)是一個集CO2濃縮和純化為一體,用于分離和檢測大氣中CO2的C穩(wěn)定和放射性同位素分析設備。
圖1. ECS 8070-IRMS-14C 大氣CO2濃度,δ13C和14C分析儀
整套設備由四部分組成:1、Air CO2 PSM現(xiàn)場取樣器;2、ECS 8070元素分析儀;3、ID Micro桌面質(zhì)譜儀;4、PEM iRIS 14C分析儀
模塊介紹
1、創(chuàng)新性的現(xiàn)場取樣器——Air CO2-PSM
該裝置允許任何操作人員直接在現(xiàn)場收集純CO2樣品,不再需要樣品袋/瓶。該裝置結構緊湊,重量輕,可充電。
- 重量輕,僅3kg,隨時可用,便于野外攜帶
- 高流量泵,快速取樣
- 可充電電池,每次充電多達20個樣品-快速充電,5小時充電
- 快速便捷樣品管更換
- H2O、VOC、NOx高效捕集器,捕集器易于更換
- 規(guī)格:14 x 16 x 40 cm
2、ECS 8070元素分析儀
創(chuàng)新的ECS 8070大氣CO2 同位素前處理設備是一種強大而有用的儀器,能夠在短時間內(nèi)(10-60分鐘)捕獲和分離每個樣品(10-100 mg)相對大量的CO2。采用吸附/解吸原理,用創(chuàng)新的純化線路,可以消除水、VOC和NOX,只留下純CO2氣體。使用自動空氣泵吸附/解吸使得系統(tǒng)使用非常簡單,通過新的C-Quantum CO2吸附系統(tǒng),可以通過自動再生系統(tǒng)處理大量的CO2,與其他系統(tǒng)相比,測量精度高,性能更好。ECS 8070 大氣CO2兼容性高,容易對接各類同位素檢測設備以測定碳穩(wěn)定同位素(IRMS)和放射性成因14C的同位素比值。
- 自動化操作,用戶使用友好
- 允許更好的使用消耗品,并自動監(jiān)控其狀態(tài),自動泄露測試
- 三種可選配置:僅吸附、僅解吸、根據(jù)需要完成吸附/解吸循環(huán)
- 用戶可以設置所有的儀器參數(shù),包括CO2捕集阱溫度,載氣壓力和解吸時間
- 便攜式,可充電和輕量級的現(xiàn)場取樣器
- 專用CO2烘箱,快速加熱和冷卻循環(huán)
- 功能強大的測試軟件,結果可視化
- 兼容性高,容易對接各類同位素檢測設備以測定碳穩(wěn)定同位素(IRMS)和放射性成因14C的同位素比值
分析時間* | 10min(空氣樣品制備) |
測量范圍 | N:0~80 mg;C:0~100 mg |
準確度 | <0.1%(標準品,純度>99.9%) |
精度 | <0.1%(標準品,純度>99.9%) |
反應爐 | 雙爐系統(tǒng) |
*說明:后接ID Micro桌面質(zhì)譜儀測試13C同位素比率,分析測試時間10min/樣品;
后接PEM iRIS 14C分析儀測試14C同位素比率,分析測試時間1h/樣品。
3、ID Micro桌面質(zhì)譜儀
新一代ID Micro桌面同位素比質(zhì)譜儀打破了質(zhì)譜設備的使用限定條件。它無需專門的實驗室、體積極小,可以安置在桌面上,因此我們稱之為桌面質(zhì)譜儀。ID Micro 和ECS8070聯(lián)用,能快速測定大氣樣品中的δ13C。
- 體積小巧(長70cm,寬30cm,高47cm),占用空間小
- 可插拔可互換的高靈敏度離子源,更換快捷
- 真空泵流速可選:70 L/s或250 L/s,取決于所需的靈敏度
- 操作簡單,使用方便,無需專人進行
- 免維護操作
- 低功耗,低成本
用現(xiàn)場采樣器從不同地方采集4組大氣樣品, 通過8070 AIR_CO2 和 IRMS進行重現(xiàn)性測試,結果如下:
表1. 四個不同地理位置大氣CO2的δ13C比率,(單位:‰)
地點1: | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | AVG. | STDEV |
-7.48 | -7.8 | -7.64 | -7.6 | -7.72 | -7.91 | -7.692 | 0.152 |
地點2: | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | AVG. | STDEV |
-10.21 | -10.11 | -10.16 | -10.42 | -10.31 | -10.16 | -10.228 | 0.116 |
地點3: | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | AVG. | STDEV |
-6.57 | -6.56 | -6.61 | -6.47 | -6.62 | -6.41 | -6.54 | 0.083 |
地點4: | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | AVG. | STDEV |
-5.35 | -5.21 | -5.1 | -5.39 | -5.263 | 0.133 |
4、PEM iRIS 14C分析儀
PEM iRIS便攜式放射性14C同位素分析儀基于分布反饋量子級聯(lián)激光器(DFB-QCL)整合光腔衰蕩光譜技術(CRDS),能夠高頻高精度定量測量14CO2或14C。放射性碳是化石燃料向大氣排放二氧化碳的示蹤劑,也被用于考古材料的年代測定,以及更為廣泛的被用于石油、天然氣和核工業(yè)等領域。通常情況下,放射性碳由加速器質(zhì)譜(AMS)以的成本和幾天甚至幾周的分析周期獲得;而PEM iRIS便攜式14C同位素分析儀則可以在低成本的和30~60分鐘內(nèi)獲得相關數(shù)據(jù),這標志著放射性碳分析檢測手段的重大突破。
主要特點
- 高精度14CO2 CRD線性吸收平臺
- 純CO2分析消除N2O干擾
- 整合14C 參照系統(tǒng) (sir-14C)
- 易于整合外部模塊和串聯(lián)分析儀,用于不同形態(tài)樣品分析和同位素分析,如12CO2 , 13CO2 和/或CO17O,CO18O
- 體積小巧、操作方便、測量快速
性能指標
光源 | 分布反饋量子級聯(lián)激光器(DFB-QCL) |
主機測試樣品相態(tài) | 純CO2氣體 |
最小樣品含碳量 | 10mg |
測試時間 | 30~60min |
精度(pMc) | <1% |
干擾 | 13C16O2(T>170K) N2O>0.3ppb |
標樣和參考氣 | 放射性碳標樣,SI可溯標準 |
測量室容積 | ~500ml |
制冷方式 | 閉路式斯特靈制冷 |
功耗 | 120/240V,~1000W |
水平投影尺寸 | 0.7m2 |