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Picarro G2301(標準氣體制備方法之研究——CO?在氣瓶?jì)缺诘奈揭约胺逐s作用對標氣制備的影響)

發(fā)表時(shí)間:2024-04-17瀏覽量:112


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日本國立計量研究院在溫室氣體的標準氣體制備上代表國際頂尖水平,其下屬的產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所與環(huán)境管理研究所最近針對標準氣體的制備方法與流程,對CO?吸附與分餾作用進(jìn)行了深入定量研究,文章發(fā)表于A(yíng)tmospheric Measurement Techniques。

 

 

 

研究概述

 

標準氣體與工作標氣是碳監測工作的重要環(huán)節,也是IPCC提出的“三可原則”的基石。世界氣象組織 (WMO) 建議在北半球將 CO2 測量的兼容性目標設為 0.1 μmol mol-1,然而,標氣制備的偏差將直接影響對 CO2 源和匯的精確評估。

 

CO2等溫室氣體標氣在制備過(guò)程中伴隨著(zhù)吸附與解吸附,此外多級稀釋法制備標氣時(shí),CO2和空氣的分餾很可能發(fā)生在稀釋過(guò)程中,以上因素會(huì )使指定的CO2摩爾分數在制備的標準混合物中的重現性變差。了解CO2大氣水平的標準混合物的制備過(guò)程中吸附和分餾的影響在標氣制備中至關(guān)重要。

 

 

 

研究方法

 

本研究采用“倒瓶”和“母-子瓶”分裝實(shí)驗方法,使用Picarro G2301分析儀測試實(shí)驗過(guò)程中CO2濃度的微小變化,以監測CO2在氣瓶?jì)缺诘奈?,以及在將CO2/空氣混合物轉移到真空氣瓶過(guò)程種CO2和空氣的分餾。

 

1.“倒瓶”實(shí)驗:將鋼瓶氣通過(guò)減壓閥輸出,利用三通分成兩路,其中一個(gè)支路通過(guò)質(zhì)量流量計進(jìn)入Picarro G2301,另外一個(gè)支路通過(guò)質(zhì)量流量計控制旁路流量。通過(guò)測試進(jìn)入Picarro G2301 的鋼瓶氣CO2濃度,繪制CO2濃度隨著(zhù)氣瓶?jì)葔毫ψ兓那€(xiàn):

 

 

上圖在不同流速下,隨著(zhù)氣瓶壓力從 11.0 MPa 降至 0.1 MPa,氣體混合物中的 CO2 增加了 0.16 ± 0.04 μmol mol-1。

 

2.“母-子瓶”分裝實(shí)驗:將含有混合物的氣瓶稱(chēng)為母瓶,將混合物轉移到子瓶中。在每次實(shí)驗開(kāi)始前,用Picarro G2301測量母瓶中的CO2摩爾分數,在每次實(shí)驗結束后,即混合物轉移數小時(shí)或半天后測量母瓶和子瓶中CO2的摩爾分數。

 

圖 1 (a) 在母子瓶實(shí)驗中用于將 CO2/空氣混合物從母瓶轉移至子瓶的連接示意圖,(b)將高純 CO2 轉移到 0.8 L 鋁瓶和從 0.8 L 鋁瓶到 10 L 鋁瓶的管路, (c) 用于轉移源氣體(純 CO2 或 CO2/空氣混合物)和稀釋氣體(空氣 )的管路。

 

上圖為母瓶中 CO2 摩爾分數與轉移量、瓶壓和轉移速度的相關(guān)性。顯示了轉移至子瓶后的混合物中的CO2 摩爾分數都相較于轉移之前的 CO2 摩爾分數有所降低。

 

 

 

研究結論

 

 

“倒瓶”實(shí)驗表明:CO2對于氣瓶?jì)缺谖捷^?。ㄔ?11.0 MPa 時(shí),CO2 的吸附量為 0.027 ± 0.004 μmol mol-1)?!澳?子瓶”分裝實(shí)驗則證明了分餾不僅使制備的標準混合物中CO2摩爾分數減少,而且使源氣體中CO2摩爾分數增加,而熱擴散是分餾的主要因素。數據進(jìn)一步指出,經(jīng)三步稀釋后,標準混合物中CO2的摩爾分數降低了0.207ppm,高于WMO兼容性目標的0.1ppm。在重量法多步稀釋制備標準混合物時(shí),必須考慮分餾引起的CO2摩爾分數的變化。

 

  感興趣的讀者請閱讀原文

https://doi.org/10.5194/amt-2022-41

 

 

 

文中核心儀器簡(jiǎn)介

 

Picarro G2301是高精度溫室氣體分析儀,被譽(yù)為業(yè)內的“黃金標準”。憑借其高精度、低漂移特點(diǎn),成為全球大氣觀(guān)測網(wǎng) GAW、歐洲綜合碳系統 ICOS 以及中國大氣本底觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )、大氣背景觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )等全球與地區性主要溫室氣體觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )的數據來(lái)源,也是包括中國在內的各個(gè)國家、地區計量機構標氣定值的重要分析儀器。

 

 

致謝

感謝中國計量科學(xué)研究院老師

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編輯:王繼軍

審核:吳闖

 


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