聚焦碳监测！Sercon同位素检测系统助力温室气体精准溯源

引言

我国的碳达峰碳中和是国际上排放规模最大、排放降速最快、转型任务最重、投入成本最高的复杂系统工程。为贯彻2021年全国生态环境保护工作会议精神，生态环境部编制了《碳监测评估试点工作方案》（环办监测函〔2021〕435号），推进碳监测评估体系建设，为落实减污降碳总要求作出积极贡献。

方案选取上海、杭州太原等16个城市，试点开展大气中主要温室气体浓度监测，探索自上而下的碳排放量反演方法，形成技术指南，构建温室气体监测量值溯源体系。并试点开展盐沼、红树林、海草床和海藻养殖海洋碳汇监测，构建典型海岸带生态系统和海藻养殖碳汇监测技术体系。

检测项目包括：高精度CO₂、高精度CH₄、高精度气象参数，碳同位素(¹³CO₂)和碳同位素(¹⁴CO₂)等。 

Cercon CryoFlex- HS2022 IRMS:高效准确的温室气体同位素检测系统

二氧化碳（CO₂）、氧化亚氮（N₂O）、甲烷（CH₄）是大气中主要的温室气体。产生温室气体的因素复杂多样，且排放主体难以确定。与过去更注重末端降碳减排相比，如今越来越多的城市开始将功课前移，对温室气体的“精准溯源”成为治理的第一步，实现精细化排查。

英国Sercon公司开发的CryoFlex-HS2022 IRMS系统为温室气体的同位素检测提供了全面的解决方案。

图1 CryoFlex-HS2022 IRMS系统

左侧为CryoFlex-CryoGas系统，包含 GC柱、CO/CO₂ 化学捕集器及开放式杜瓦瓶液氮系统；右侧为HS2022稳定同位素比质谱

其中CryoFlex是一款多功能痕量气体净化富集装置，基于冷冻富集聚焦及色谱分离原理，并借助化学捕集和热解/燃烧技术，对温室气体（CO₂、CH₄、N₂O）以及CO、N₂、NO等多种气体进行富集净化，并与HS2022稳定同位素比质谱联机，用于测定C、H、O、N等多元素的稳定同位素比值。

图2 CryoFlex系统原理结构示意

δ¹³C-CH₄ 测定：样品经CO/CO₂化学捕集，通过低温回路T1（-196℃），去除可冷凝气体后进入热解炉将CH₄燃烧生成的CO₂冷凝保留在T2中，升温使CO₂蒸发转移到T3，并从T3 转移到色谱柱中进行痕量气体分离。最后通过 HS2022-IRMS测定δ¹³C-CH₄。

性能测试结果

图3测试表明HS2022-IRMS系统可精确测量100 mL空气样品中的δ¹³C-CH₄和δ²H-CH₄值，可达理想的识别精度（分别为0.3‰和3.0‰）。

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

天然样品中CH₄同位素比值变化极大，而HS2022- IRMS系统较宽的动态范围，可将样品记忆效应的影响降至最低。图4显示HS2022-IRMS系统系统用于测定δ¹³C-CH₄和δ²H-CH₄，结果均在允许误差范围内，且未观察到明显的样品残留。

图4  同位素残留试验

Sercon CryoFlex- HS2022 IRMS稳定同位素比质谱系统的优势：

l  HS2022稳定同位素比质谱采用全不锈钢和金属垫圈结构的质谱飞行管，确保高真空度，最小化本底；

l  离子源采用高稳定性、长寿命镀钍灯丝；

l  真正的差动泵真空系统，真空度低至1×10^-9mbar，确保离子传输效率；

l  离子源配备额外真空泵，保证离子化效率，减少副反应；

l  卓越的灵敏度及联机精度；

l  CryoFlex痕量气体富集净化系统采用一体化设计，集转化炉和冷阱与一体，无需额外管路连接，可轻松完成痕量气体的净化富集；

l  CryoFlex可配置1500℃高温的裂解炉，用于CH₄中H的转化；

l  自动进样器可适配 6 /12/30/60/125/ 250 mL等多种规格的样品瓶；

l  CryoFlex也可作为多功能接口与多种外设（如TOC、LA）联机使用。