應用案例

Picarro G2301（標準氣體制備方法之研究——CO?在氣瓶內壁的吸附以及分餾作用對標氣制備的影響）

發(fā)表時間：2024-04-17

瀏覽量：170

點擊藍字

關注我們FOLLOW US

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，其下屬的產業(yè)技術綜合研究所與環(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?吸附與分餾作用進行了深入定量研究，文章發(fā)表于Atmospheric Measurement Techniques。

研究概述

標準氣體與工作標氣是碳監(jiān)測工作的重要環(huán)節(jié)，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程中伴隨著吸附與解吸附，此外多級稀釋法制備標氣時，CO₂和空氣的分餾很可能發(fā)生在稀釋過程中，以上因素會使指定的CO₂摩爾分數在制備的標準混合物中的重現(xiàn)性變差。了解CO₂大氣水平的標準混合物的制備過程中吸附和分餾的影響在標氣制備中至關重要。

研究方法

本研究采用“倒瓶”和“母-子瓶”分裝實驗方法，使用Picarro G2301分析儀測試實驗過程中CO₂濃度的微小變化，以監(jiān)測CO₂在氣瓶內壁的吸附，以及在將CO₂/空氣混合物轉移到真空氣瓶過程種CO₂和空氣的分餾。

1.“倒瓶”實驗：將鋼瓶氣通過減壓閥輸出，利用三通分成兩路，其中一個支路通過質量流量計進入Picarro G2301，另外一個支路通過質量流量計控制旁路流量。通過測試進入Picarro G2301 的鋼瓶氣CO₂濃度，繪制CO₂濃度隨著氣瓶內壓力變化的曲線：

上圖在不同流速下，隨著氣瓶壓力從 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”分裝實驗：將含有混合物的氣瓶稱為母瓶，將混合物轉移到子瓶中。在每次實驗開始前，用Picarro G2301測量母瓶中的CO₂摩爾分數，在每次實驗結束后，即混合物轉移數小時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”實驗表明：CO₂對于氣瓶內壁吸附較?。ㄔ?11.0 MPa 時，CO₂ 的吸附量為 0.027 ± 0.004 μmol mol-1）?！澳?子瓶”分裝實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。數據進一步指出，經三步稀釋后，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，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

文中核心儀器簡介

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

致謝

感謝中國計量科學研究院老師

對本期公眾號內容的審閱！

欲了解更多Picarro氣體分析儀相關應用，歡迎聯(lián)系我們：

韓一萱：hyx@cen-sun.com

陳曉峰：chenxf@cen-sun.com

高春輝：gaoch@cen-sun.com

編輯：王繼軍

審核：吳闖

前一個：Picarro 水同位素分析儀應用合集（一）
后一個：Picarro 溫室氣體分析儀應用合集