聚焦碳監測！Sercon同位素檢測系統助力溫室氣體精準溯源

為貫徹2021年全國生態環境保護工作會議精神，生態環境部編制了《碳監測評估試點工作方案》（環辦監測函〔2021〕435號），推進碳監測評估體系建設，為落實減污降碳總要求作出積極貢獻。

方案選取上海、杭州太原等16個城市，試點開展大氣中主要溫室氣體濃度監測，探索自上而下的碳排放量反演方法，形成技術指南，構建溫室氣體監測量值溯源體系。并試點開展鹽沼、紅樹林、海草床和海藻養殖海洋碳匯監測，構建典型海岸帶生態系統和海藻養殖碳匯監測技術體系。

檢測項目包括：高精度CO₂、高精度CH₄、高精度氣象參數，碳同位素(¹³CO₂)和碳同位素(¹⁴CO₂)等。

Cercon CryoFlex- HS2022 IRMS:高效準確的溫室氣體同位素檢測系統

二氧化碳（CO?）、氧化亞氮（N?O）、甲烷（CH?）是大氣中主要的溫室氣體。產生溫室氣體的因素復雜多樣，且排放主體難以確定。與過去更注重末端降碳減排相比，如今越來越多的城市開始將功課前移，對溫室氣體的“精準溯源”成為治理的第一步，實現精細化排查。

英國Sercon公司開發的CryoFlex-HS2022 IRMS系統為溫室氣體的同位素檢測提供了全面的解決方案。

圖1 CryoFlex-HS2022 IRMS系統

左側為CryoFlex-CryoGas系統，包含 GC柱、CO/CO₂ 化學捕集器及開放式杜瓦瓶液氮系統；右側為HS2022穩定同位素比質譜

其中CryoFlex是一款多功能痕量氣體凈化富集裝置，基于冷凍富集聚焦及色譜分離原理，并借助化學捕集和熱解/燃燒技術，對溫室氣體（CO₂、CH₄、N₂O）以及CO、N₂、NO等多種氣體進行富集凈化，并與HS2022穩定同位素比質譜聯機，用于測定C、H、O、N等多元素的穩定同位素比值。

圖2 CryoFlex系統原理結構示意

δ¹³C-CH₄ 測定：樣品經CO/CO₂化學捕集，通過低溫回路T1（-196℃），去除可冷凝氣體后進入熱解爐將CH₄燃燒生成的CO₂冷凝保留在T2中，升溫使CO₂蒸發轉移到T3，并從T3 轉移到色譜柱中進行痕量氣體分離。最后通過 HS2022-IRMS測定δ¹³C-CH₄。

性能測試結果

圖3測試表明HS2022-IRMS系統可精確測量100 mL空氣樣品中的δ¹³C-CH₄和δ²H-CH₄值，可達理想的識別精度（分別為0.3‰和3.0‰）。

圖 3  δ¹³C-CH₄ (A)和δ²H-CH₄(B), 100 and 0.8 nmol CH₄

天然樣品中CH₄同位素比值變化極大，而HS2022- IRMS系統較寬的動態范圍，可將樣品記憶效應的影響降至最低。圖4顯示HS2022-IRMS系統系統用于測定δ¹³C-CH₄和δ²H-CH₄，結果均在允許誤差范圍內，且未觀察到明顯的樣品殘留。 

圖4  同位素殘留試驗

Sercon CryoFlex- HS2022 IRMS穩定同位素比質譜系統的優勢：

l HS2022穩定同位素比質譜采用全不銹鋼和金屬墊圈結構的質譜飛行管，確保高真空度，最小化本底；

l 離子源采用高穩定性、長壽命鍍釷燈絲；

l 真正的差動泵真空系統，真空度低至1×10^-9mbar，確保離子傳輸效率；

l 離子源配備額外真空泵，保證離子化效率，減少副反應；

l 強大的靈敏度及聯機精度；

l CryoFlex痕量氣體富集凈化系統采用一體化設計，集轉化爐和冷阱與一體，無需額外管路連接，可輕松完成痕量氣體的凈化富集；

l CryoFlex可配置1500℃高溫的裂解爐，用于CH₄中H的轉化；

l 自動進樣器可適配 6 /12/30/60/125/ 250 mL等多種規格的樣品瓶；

l CryoFlex也可作為多功能接口與多種外設（如TOC、LA）聯機使用。