[發(fā)明專利]一種同步采集大氣CO2及水汽樣品的裝置和方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210007352.0
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102589936A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李慶康;溫學(xué)發(fā);張雷明;于貴瑞;孫曉敏;王晶苑
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所
• 主分類號: G01N1/24
• 分類號: G01N1/24;G01N1/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大氣學(xué)、水文學(xué)、生態(tài)學(xué)機(jī)械裝置領(lǐng)域，具體涉及一種同步采集大氣CO2及水汽樣品的裝置和方法。主要是用于同步采集大氣中CO₂和水汽樣品，用于分析大氣CO₂和水汽濃度，并將同步采集的樣品用譜儀測定CO₂中¹³C和水汽中²H或D。

背景技術(shù)

CO₂是組成大氣的一種重要組成成份，目前大氣中CO₂濃度達(dá)到了380μppm，是地球歷史上65萬年以來的最高值，而且過去10年中大氣CO2濃度以每年1.8μmol.mol-1的速度增長。CO₂濃度可以作為衡量大氣質(zhì)量優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)之一，雖然其組成在大氣占比例較小，對于生物尤其是綠色植物和動物卻意義重大，綠色植物需要利用大氣中的CO₂、陽光和水合成營養(yǎng)物質(zhì)，并釋放氧氣，為人類和其他動物呼吸大氣來獲取氧氣，維持生命。除此以外，現(xiàn)在CO₂濃度被社會普遍關(guān)注是因為CO₂是溫室氣體之一，主要來源于化石燃料煤、石油燃燒、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的中間過程、垃圾處理等人類活動。目前，在全球范圍內(nèi)開展了大量工作來監(jiān)測大氣中CO₂濃度的變化規(guī)律及其影響機(jī)制。由于CO₂的化學(xué)惰性較強(qiáng)，很難通過化學(xué)方法去除，陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)是一個活的動態(tài)生物過程，能夠通過植物等的光合作用吸收CO₂并合成各種碳水化合物，在經(jīng)過各種生理代謝過程后，一部分碳最后以有機(jī)物的形式貯存下來，從而可以降低大氣中的CO₂濃度，通過自然生態(tài)系統(tǒng)吸收和固定大氣CO₂是最為重要而且比較經(jīng)濟(jì)的途徑之一。

穩(wěn)定性碳同位素在自然界主要有兩種類型，即¹²C和¹³C，其中絕大部分是¹²C98.9％，而¹³C僅占1.1％，一般用該同位素摩爾數(shù)相對于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的同位素摩爾數(shù)的相對比值來表示，即用δ符號表示同位素比值，單位為千分之一(‰)：

δ＝(R/R_s-1)×1000

對于CO₂中¹³C的含量可以用δ¹³C來表示，其中R_S為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，碳穩(wěn)定性同位素國際標(biāo)準(zhǔn)為美國南加州白堊紀(jì)的美洲擬箭石(Pee?Dee?Belemnite，簡稱PDB)其標(biāo)準(zhǔn)為PDB，其中PDB：¹³C/¹²C＝(11237.2±90)*10^-6。

氧穩(wěn)定性同位素主要有¹⁶O和¹⁸O，氫穩(wěn)定性同位素主要有¹H和²H即D地球上水中氧的¹⁸O約有0.2％，氫中²H或D有0.015％。目前國際上采用維也納標(biāo)準(zhǔn)平均海水(Vienna?Standard?Mean?Ocean?Water，VSMOW)作為氧和氫穩(wěn)定同位素的標(biāo)準(zhǔn)物，¹⁸O/¹⁶O＝0.0020052，D/H＝0.00015576。

D/H＝0.00015576。

植物在光合作用過程中，因同位素擴(kuò)散效應(yīng)和光合酶系統(tǒng)對同位素的分餾作用，結(jié)果導(dǎo)致了植物光合過程中所合成的碳水化合物中¹³C貧化，同時也使葉片周圍大氣CO₂的¹³C得到富集，并且最后導(dǎo)致了植物體內(nèi)的δ¹³C值明顯比大氣CO₂的δ¹³C-8‰偏低。生態(tài)系統(tǒng)光合和呼吸作用對大氣中CO₂濃度及其¹³C組成有截然相反的影響：光合作用使周圍大氣中的CO₂濃度下降，并使大氣CO₂中的¹³C得到富集；而呼吸作用則相反，使大氣CO₂濃度升高，并使¹³C貧化。利用生態(tài)系統(tǒng)碳交換過程中的穩(wěn)定性同位素的變化特征以及對大氣的特定影響，碳氧穩(wěn)定性同位素技術(shù)在全球碳平衡的研究中有廣泛的應(yīng)用，可以解決過去常規(guī)方法無法解決的很多問題，已經(jīng)成為研究生態(tài)系統(tǒng)碳交換機(jī)理的最為有效的技術(shù)手段之