瑞士科研人員為了研究未被污染大氣中N2O同位素季節(jié)變化、年際變化等,采用預濃縮與QCLAS相結合的技術對瑞士少女峰3580米的高海拔研究站的N2O同位素進行測量,2014年4月至2018年12月期間,每周或每兩周采集空氣樣本進行N2O同位素分析,使用定制的QCLAS系統(tǒng)(CW-QC-TILDAS-76-CS,Aerodyne Research, Inc., USA)結合自動預濃縮裝置對四種最豐富的N2O同位素(14N14N16O,99.03%;14N15N16O,0.36%;15N14N16O,0.36%;14N14N18O,0.20%)進行了分析。
研究結果表明N2O混合比在夏末最低,δ15Nbulk在夏末最高,δ15NSP在夏末最低。這種模式最有可能是平流層-對流層交換(STE)和生物地球化學過程造成的,STE過程將同位素富集的平流層空氣輸送到對流層,導致夏末N2O混合比最低而δ15Nbulk最高,夏末生物地球化學過程(如反硝化作用)產(chǎn)生的N2O同位素較輕,可能掩蓋了STE的影響。經(jīng)過季節(jié)調整后,δ15Nbulk呈現(xiàn)顯著下降趨勢(-0.052±0.012‰/年),表明大氣中N2O的增加主要來源于同位素較輕的源。在確定年際趨勢時,背景大氣中N2O同位素組成的季節(jié)變化是重要的。為了更好地限制人為N2O源,從而限制生物地球化學過程對全球N2O增長的貢獻,需要進行更頻繁、更高精度和跨實驗室兼容的大氣N2O同位素測量,特別是位點特異性同位素(δ15NSP)測量。
以上研究揭示了一個關鍵矛盾:大氣N?O濃度持續(xù)攀升,但其位點特異性同位素δ¹?NSP的季節(jié)性波動與長期趨勢卻因測量精度不足而難以捕捉。由澳作公司獨家代理的Aerodyne Research公司的N2O同位素氣體分析儀可以解決這一困境,不僅解決了半個世紀以來的N?O源解析爭議,更正在重塑全球溫室氣體監(jiān)測范式——從模糊的“總量管控”邁向精準的“過程治理”。
該產(chǎn)品的技術亮點如下所示:
Ø 高精度、高特異性的同位素連續(xù)測量:采用可調諧紅外激光直接吸收光譜(TILDAS)技術,結合多通吸收池(光程最長達 210 米),實現(xiàn)對 N?O 同位素的直接、位點特異性連續(xù)測量,δ¹?Nα 和 δ¹?Nβ 精度達 1‰,δ¹?O 達 2‰,SP值計算誤差<1‰,提供了未有的“過程分辨率”,是量化N?O源匯過程的強大診斷工具。
Ø 預濃縮技術:減少了樣品基質干擾(如其他氣體雜質),并通過富集目標氣體增強了同位素信號強度,這為區(qū)分 N?O 的產(chǎn)生路徑(如硝化、反硝化)提供了更可靠的數(shù)據(jù),而位點特異性同位素的精確測量是解析源匯機制的關鍵。
Ø N2O同位素和痕量氣體(N2O)同步測量:濃度和同位素數(shù)據(jù)來自同一光路、同一時間點的測量,這消除了傳統(tǒng)方法中因樣品處理、儲存、運輸、不同儀器分析帶來的系統(tǒng)誤差和不同步性問題。
Ø 超快時間響應:最高支持10Hz的測量頻率,能夠實時追蹤N?O濃度及其同位素組成的快速動態(tài)變化,為通量測量、點源排放解析、過程機理研究提供關鍵數(shù)據(jù)。
基于其對位點特異性同位素的高精度測量,該產(chǎn)品在如下領域具有廣泛應用:
l 大氣本底站長期監(jiān)測:針對STE(平流層-對流層交換)與土壤排放的δ¹?NSP信號混疊等問題,該產(chǎn)品可以連續(xù)捕獲夏季δ¹?NSP最低值,解析STE貢獻與農業(yè)排放的對抗效應。
l 農業(yè)土壤源解析:針對硝化與反硝化過程難以區(qū)分,該產(chǎn)品可以原位連續(xù)監(jiān)測施肥后N?O同位素動態(tài),此外結合自動箱系統(tǒng)實現(xiàn)通量-同位素同步測量,這對于精準識別反硝化熱點,指導優(yōu)化氮肥管理具有重要意義。
l 冰芯/氣溶膠古氣候研究:針對樣品量少且同位素信號微弱等問題,該產(chǎn)品125 mL樣品實現(xiàn)δ¹?N精度0.3‰(10次平均),免轉化直接分析,避免預處理損失。
l 工業(yè)排放溯源:針對垃圾焚燒與燃煤源混淆等問題,該產(chǎn)品采用煙道氣實時監(jiān)測,結合足跡模型鎖定污染源。
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