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(zāi)害，給人們的生命健康和財產(chǎn)安全帶來巨大隱患。空氣污染、變暖這兩大性環(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(guān)。這些物質(zhì)既可通過自然過程排放（例如森林火災(zāi)），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(shù)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(shè)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(shè)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(shè)備。
圖1. ECS 8070-IRMS-14C 大氣CO2濃度，δ13C和14C分析儀
整套設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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(shè)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(jié)果可視化
- 兼容性高，容易對接各類同位素檢測設(shè)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(yīng)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(shè)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(jié)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(shù)（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(lǐng)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(guān)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 |
