同位素技術(shù)具有指示、示蹤和整合功能,可以輔助解析生態(tài)系統(tǒng)碳氮水的生物地球化學(xué)循環(huán)過程與機(jī)制。同時(shí)監(jiān)測(cè)碳氮同位素如CH₄、δ¹³C(CH₄)、N₂O、δ¹⁵N ¹⁴N¹⁶O、δ¹⁴N ¹⁵N¹⁶O、δ¹⁸O(N₂O) 和碳水同位素如CO₂、δ¹³C(CO₂)、δ¹⁸O(CO₂)、H₂O、δ¹⁸O(H₂O)、δH^DO可以為研究生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)、氮水循環(huán)和水循環(huán)的耦合過程提供重要數(shù)據(jù)支撐。

Aerodyne碳氮水同位素同步觀測(cè)系統(tǒng)，一臺(tái)分析儀器可在線監(jiān)測(cè)多個(gè)同位素，測(cè)量頻率可達(dá)10Hz。

測(cè)量原理：
該系統(tǒng)采用可調(diào)諧紅外激光直接吸收光譜(TILDAS)技術(shù)，在中紅外波長(zhǎng)段探測(cè)分子的指紋躍遷頻率。采用像散型多光程吸收池技術(shù)（獲得）——其光路可達(dá)76m甚至更長(zhǎng)（210m），進(jìn)一步提高了靈敏度。

直接吸收光譜法，可以實(shí)現(xiàn)同位素的快速測(cè)量（<1s），而且不需要復(fù)雜的校準(zhǔn)步驟。此外，采用TILDAS技術(shù)，可不受其他分子的干擾，能夠得到非常精準(zhǔn)的檢測(cè)，檢測(cè)限達(dá)ppt級(jí)別，測(cè)量頻率可達(dá)10Hz。

測(cè)量參數(shù)：

? CH₄、δ¹³C(CH₄)、N₂O、δ¹⁵N ¹⁴N¹⁶O、δ¹⁴N¹⁵N¹⁶O、δ¹⁸O(N₂O)

? CO₂、δ¹³C(CO₂)、δ¹⁸O(CO₂)、H₂O、δ¹⁸O(H₂O)、δHDO

? N₂O、CH₄、H₂O、CO₂、δ¹³C-CO₂、δ¹⁸O-CO₂

技術(shù)特點(diǎn)：

1、中紅外直接吸收光譜，具有快速的頻率掃描（1-3 kHz）和精確的光譜擬合，長(zhǎng)路徑吸收檢測(cè)腔提供足夠的路徑長(zhǎng)度，吸收深度足以進(jìn)行精確測(cè)量，的光學(xué)深度在0.1和1之間。

2、一臺(tái)儀器同時(shí)測(cè)量CH₄、N₂O多個(gè)同位素，如CH₄、δ¹³C(CH₄)、N₂O、δ¹⁵N ¹⁴N¹⁶O、δ¹⁴N ¹⁵N¹⁶O、δ¹⁸O(N₂O)，光譜如下：

3、長(zhǎng)路徑檢測(cè)腔具有一定的光路程長(zhǎng)度，并且可以將相當(dāng)一部分激光傳輸?shù)教綔y(cè)器，使探測(cè)器噪聲的影響降到。測(cè)量CH₄、N₂O同位素采用長(zhǎng)路徑檢測(cè)腔。

4、一臺(tái)儀器同時(shí)測(cè)量CO₂ 水汽同位素，如CO₂、δ¹³C(CO₂)、δ¹⁸O(CO₂)、H₂O、δ¹⁸O(H₂O)、δHDO，光譜圖如下：

5、設(shè)備運(yùn)行軟件TDLWintel既能控制光譜儀的運(yùn)行，又能實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)?？刂泼?/span>次激光測(cè)量頻率迅速掃描覆蓋氣體吸收線和吸收線兩側(cè)的基線部分,然后減少激光電流低于閾值使每個(gè)掃描測(cè)量信號(hào)都是從零光譜輸出開始。

6、高精度溫度控制儀器外箱，減少溫度變化對(duì)測(cè)量精度的干擾。恒溫外箱將保持

其設(shè)定值溫度(通常為30?C)至±0.1?C。規(guī)定的環(huán)境溫度范圍為-20?C至+ 40?C。恒溫箱是密封的，與周圍空氣隔離。

7、該系統(tǒng)由TDLWintel操作軟件控制16路旋轉(zhuǎn)采樣閥。確保完成如下工作：

A、能夠在流量高達(dá)1SLPM的情況下采樣多達(dá)16路輸入線(用于做剖面測(cè)量，校準(zhǔn)或腔室測(cè)量)

B、能夠在快流量渦度通量模式(10slpm)和濃度測(cè)量模式(<= 1slpm)之間平滑切換，調(diào)節(jié)進(jìn)口和出口控制閥。

8、GPS網(wǎng)絡(luò)時(shí)間校準(zhǔn)，可配置NTP (network-time-protocol)設(shè)備的GPS，用于系統(tǒng)校時(shí)。

技術(shù)指標(biāo)：

測(cè)量精度: 1s/100s：

CH₄：0.2ppb/0.05ppb；δ¹³C(CH₄)：1‰/0.2‰；

N₂O ：0.03ppb/0.01ppb；

δ¹⁴N¹⁵N¹⁶O：6‰/1.5‰；

δ¹⁵N¹⁴N¹⁶O：9‰/2.3‰；

δ¹⁴N¹⁴N¹⁸O：12‰/3‰；

CO₂：0.1ppm/0.03ppm；

δ¹³C(CO₂)：0.1‰/0.03‰；

δ¹⁸O(CO₂)：0.1‰/0.03‰；

H₂O：10ppm/5ppm；

δ¹⁸O(H₂O)：0.1‰/0.03‰；

δHDO：0.3‰/0.1‰；

測(cè)量量程：

CH₄ : 2 to 20ppm；

N₂O : 0.3 to 100ppm；

CO₂ ：300 – 1000ppm 或者 0.1 – 0.3μmole

H₂O ：4%

響應(yīng)時(shí)間：10Hz（1-10Hz可調(diào)）

操作溫度：10-35℃ 空氣濕度：5%~95%

采樣速率：0-20slpm

數(shù)據(jù)輸出：RS232、USB和以太網(wǎng)

外形尺寸：530mm×660mm×710mm(W×D×H)

重量：72Kg

電源要求：500W、120/240VAC、50/60Hz(不包含吸氣泵)

參考文獻(xiàn)：

Design and performance of a dual-laser instrument for multiple isotopologues of carbon dioxide and water

J. Barry McManus,* David D. Nelson and Mark S. Zahniser

https://doi.org/10.1364/OE.23.006569

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