气相色谱法观测本底大气中的甲烷和二氧化碳

1　引言
近百年来，大气中温室气体含量的增加及其可能导致的气候变化和生态环境问题，已引起人类社会日益广泛的关注，对主要温室气体——CH4和CO2本底浓度的监测就显得十分重要［1］.科学家们自60年代起开始了对主要温室气体本底浓度的连续监测和研究，并相继在全球的不同经纬度地区建立起主要温室气体的本底监测站网，但这些台站大多建立在岛屿及海岸，导致内陆大气本底观测资料的稀少.1989年起，中国气象局与WMO及全球环境基金组织合作，在我国青海省海南藏族自治州的瓦里关山顶(海拔3816m，纬度36°17′N，经度100°54′E)建立了世界上第一个内陆高原型的全球大气本底监测站CGAWBO(以下简称瓦里关本底台).在进行温室气体/大气臭氧/降水及气溶胶化学/太阳辐射和气象观测的所有全球大气本底观象台中,它的海拔最高，具有开展大气本底监测较为理想的自然地理环境.在严格的国际检验比对技术基础上，使用先进技术设备建立起较为系统完整的大气本底监测体系，填补了WMO/GAW监测网在欧亚大陆腹地的重要地域空白［2，3］.采用气相色谱法大气本底基准监测技术的GC-CH4/CO2连续观测是其中的一个重要监测项目，这种高度定型的装配有氢火焰离子化检测器(FID)的GC系统是在1981年发展起来的，它对CH4的测量精度是目前实际应用的连续观测方法中最好的，对CO2的测量精度已经接近通常用于CO2测量的红外吸收技术(NDIR)的精度水平，据报道，这种GC系统还成功地应用于对大气中微量气体如氧化亚氮和氟里昂的监测［4—7］.瓦里关本底台的GC系统由AES根据中加双边大气科学合作协议援助提供，中方业务 人员在AES接受培训，并对系统进行了组装调试；1994年7月系统运抵瓦里关山观测基地，由中加双方的专家共同完成安装，对瓦里关山大气中的CH4和CO2浓度进行连续测量，开始系统的业务运行.


2　仪器系统及测量方法
该系统主要包括：装配有FID和HP19205A镍催化剂管的HP5890(Ⅱ)型气相色谱仪；HP3396Ⅱ型积分仪及HP样品/外部事件控制器(S/ECM)；带有HP82169C HP-IL/HP-IB接口的HP9122C型磁盘驱动器；用HP19238E阀加热器保持恒温的4路选择阀和6口进样阀；保存于高压铝瓶和钢瓶内的两个标准气、高纯氮气、高纯氢气。





3　组装调试
3.1　响应线性的测试
测定系统对CH4的线性，使用了4个不同已知浓度的标准气(CH4 1.7249ppm，1.9686ppm，3.0472ppm，9.79ppm)，用第一个标准气进样的峰高和峰面积分别计算后3个标准气进样的CH4混合比率浓度，得到测定值与真实值的绝对差约为1ppb；对CO2，也使用4个不同已知浓度的标准气(CO2 344.477ppm,358.722ppm，372.045ppm，383.835ppm)，得其绝对差约为0.2ppm.线性测试的结果.可知，用峰高计算的CH4和CO2浓度准确性较好，该GC-FID系统使用单点标准近似法计算样品气的混合比率浓度，对CH4和CO2都是有效的(对CH4仅适用于3ppm的浓度变化范围).



用2mL样品管，以标准气1(CH41.8922ppm，CO2354.59ppm)进样的峰高和峰面积分别计算标准气2(CH41.9686ppm，CO2359.15ppm)进样的CH4和CO2混合比率浓度(对CO2仅用了峰高)，结果见表1.



由上表及线性测试的结果可知，该GC系统对CH4的检测精度小于0.2%，准确度在±0.05%以内，用峰高计算的CH4浓度，其精度和准确度略好于用峰面积计算的CH4浓度；对CO2的检测精度和准确度均在±0.05%以内，用峰高和峰面积计算CO2浓度，两种方法的精度和准确度非常接近.
在上述试验的基础上，选定了系统的操作参数：色谱柱：螺旋状不锈钢柱，100—120目Porapak QS分子筛填充，柱温40℃.载气：高纯氮气(＞99.9998%)，流速50mL/min.检测器：氢火焰离子化检测器(FID)，温度150℃.支持气：高纯氢气(＞99.999%)，流速55mL/min;洁净空气，流速625mL/min.定量管：不锈钢管，体积3mL，温度30℃.催化剂：惠普19205A镍催化剂管，温度350℃.




关键词： 气相色谱法观测本底大气中的甲烷和二氧化碳
原文： 气相色谱法观测本底大气中的甲烷和二氧化碳 返回资讯栏目首页