澳大利亚 Ecotech UoW FTIR 温室气体在线分析仪

仪器简介：

       UoW FTIR型温室气体在线分析仪由澳大利亚Wollongong大学研发，由Ecotech合作生产，并提供全球范围内的分销及符合ISO9001标准的售后服务。UoW FTIR型温室气体在线分析仪应用多光程—傅里叶红外变换（FTIR）光谱测量解析技术和高性能红外检测元器件，结合了完善的控制软件系统，能够全自动地运行，在线连续测量环境大气（或其他种类的混合气体）中多种温室气体成分的浓度及其稳定同位素比率，运行成本低，适于长期连续观测。也可以根据用户需求，相应的改变配置，测量其他种类的痕量气体。
       自di一台UoW FTIR型温室气体在线分析仪投入现场观测应用以来，10余年间，在全球已有多个用户将本仪器用于环境大气和本底地区大气的温室气体观测，并开发了温室气体以外的测量功能。这些用户包括： ZG气象局（CMA）、大连市环境监测zhong心站、澳大利亚核科学技术组织（ANSTO）、澳大利亚的卧龙岗大学（University of Wollongong）、墨尔本大学（ University of Melbourne）、公共财富科学与工业研究组织（CSIRO）、科学与技术组织（ANSTO），新西兰的国家水和大气研究所（NIWA），德国的海德堡大学（University of Heidelberg ）、不来梅大学（University of Bremen）、马克斯·普朗克学会（MPG），韩国国家标准研究所（Korean Standards Institute ）等。
背景介绍：
       温室气体是大气中一些具有红外辐射活性的微量气体，包括二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氟利昂、水汽等30余种（类）。温室气体对太阳短波辐射透明，却对太阳和地球表面的长波（红外）辐射有明显的吸收作用，因而，温室气体对地球大气的增温作用十分明显。全球气候变化将给人类的生存环境带来严重影响，如气候异常、海平面升高、冰川退缩、冻土融化、生物多样性及分布发生重大改变，等等。

仪器特点：

* 同时在线测量多种温室气体的浓度及其稳定同位素比，应用方式广泛、多样；

* 同时测定CO2、CO、CH4、N2O的大气浓度，以及CO2中δ13C；

* 可以一路或多路连续进样，测量多种温室气体浓度及其稳定同位素比；

* 在测量塔不同高度采集样品，进行温室气体（包括CO2中δ13C）的垂直廓线测量；

* 可车载连续监测；

* 连接静态箱进行土壤中温室气体的通量测量；

* 在实验室中批量测量采样瓶或采样袋中的空气样品；

* 标准传递测量：在实验室中，通过测量将高等级标准气的量值关系传递给较低等级的标准气体；

* 红外光谱定量测量，具有良好的测量稳定性和测量准确度；

       利用多种温室气体在中红外波段的较强吸收，通过光谱数据的拟合计算其大气含量，在不使用任何校准气体校准的情况下，测量准确度即可达到1-5%。当使用高等级校准气体（NIST、CMDL、GASLAB等）校准后，对CO2、CO、CH4、N2O的测量精度和准确度，可完全达到甚至超过世界气象组织全球大气观测计划（WMO-GAW）公布的数据质量要求。

       由于仪器运行性能稳定，并且可对光谱数据进行再解析计算，因此，在长期连续观测中，不需要使用昂贵的标准气进行频繁的校准，每天只用参照气（洁净空气）进行检查测试即可。

       已有比对观测数据显示，使用同等级校准气体的情况下，UoW FTIR型温室气体在线分析仪测量结果与其他方法的线性拟合度高，测量结果的可比性好。

* 全自动运行，可遥控，维护成本低、消耗量少；

* 一台仪器同时测量多种温室气体浓度及其稳定同位素比，综合运行成本低；

* 无需液氮或深冷除湿；

* 随机携带采样气体干燥器和多进样口；

* 全自动运行，并可通过网络遥控运行；

仪器组成：

* 样品进样系统，完成样品处理、进样口选择、测量腔的排空和吹扫过程；

* FTIR光谱仪，记录气体样品的红外光谱；

* 光谱解析处理系统，完成对测量光谱的定量计算，并实时显示结果；

* 记录系统，用于记录测量结果、仪器参数等，并形成一个可读的文本文件。

仪器硬件系统：

* 机箱：恒温控制，以提高测量的稳定性；

* 样品进样系统有4个进样管路，均可利用Nafion滤膜和Mg（CLO4）对样气进行干燥处理；

* 由计算机控制进/出测量腔的流量、电磁阀、真空泵，以及压力、温度和流量的测量等；

* 样品进样系统还可提供12路外部事件开关控制接口，最多可同时控制12路电磁阀工作；可提供8路外部模拟/数字信号输入端接口，用于采集流量、气压、温度等辅助信息；

* FTIR光谱仪分辨率：0.5或1 cm-1。配有Bruker IR 光源，和电子冷却的MCT（碲镉化汞）检测器（频率范围在1800-5000cm-1），多光程气体测量腔的光程长度为24m，容积为3.5L；

* 电脑全自动控制，实时测量、显示和记录观测结果，正常运行时无需人员干预；

* 外部运行环境及条件：

* 工作环境：10-30℃，<90%RH；

* 电源供应：220VAC，50Hz，500VA；

* 气体供应：吹扫用高纯氮气（N2）（0.2L min-1, 2m3 week-1）和标准气体。

软件说明：
       软件基于工业标准语言（Visual Basic）编写。软件程序控制各个实验周期，每个周期包括吹扫、进样、测量光谱、光谱解析、显示观测结果和生成记录文件。可以人为修改周期程序并定义连续的重复测量序列，还可以通过windows远程桌面控制连接实现远程控制。软件主要功能如下：

* 控制样品进样系统工作，包括控制测量腔的排空、吹扫，进气管线的切换，压力、温度和流量的测量和记录等；

* 控制光谱仪采集光谱数据；

* 在线定量解析光谱数据；

* 实时显示测量结果；

* 生成观测记录文件（csv格式）；

* 按照设定的测量周期，执行24hr连续运行；

* 周期性维护操作（测量背景光谱和参照气或标准气光谱）；

* 通过网络实现远程控制。

技术指标：

* 测量物种

* CO2、CO、CH4、N2O的大气浓度；

* CO2中δ13C；

时间分辨率：

对于所有物种， 1-60分钟（测量精度与时间分辨率互为消长）

更多信息
> 温室气体

         温室气体是大气中一些具有红外辐射活性的微量气体，包括二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氟利昂、水汽等30余种（类）。温室气体对太阳短波辐射透明，却对太阳和地球表面的长波（红外）辐射有明显的吸收作用，因而，温室气体对地球大气的增温作用十分明显。如果没有温室气体，全球大气平均温度会从目前的15℃降至零下19℃。

        自19世纪的工业革命以来，人类向大气中排放了大量温室气体。到2005年，全球大气中的二氧化碳、甲烷、氧化亚氮浓度，已经分别由工业革命初期的280 ppm、715 ppb、270 ppb上升到379 ppm、1774 ppb和319 ppb，同期全球平均气温上升了0.74℃。如果温室气体保持目前的增长速度，到本世纪末，全球平均温度将升高1.1－6.4℃。全球气候变化将给人类的生存环境带来严重影响，如气候异常、海平面升高、冰川退缩、冻土融化、生物多样性及分布发生重大改变，等等。为了人类免受气候变暖的威胁，防止人类生存环境进一步恶化，需要对大气中主要温室气体的浓度及其变化进行系统的长期监测、研究，以利于全人类采取共同行动减少温室气体的排放。

MALT 5 – 光谱解析软件：
        MALT5 是一款模拟和匹配红外光谱的软件，尤其是针对气象傅里叶变换红外光谱。有两种模式：

* 模拟模式：MALT结合测量仪器的线性（ILS）计算气体混合物的传输、吸收和发射光谱。样品可能包含不止一个吸收层，而不同的吸收层有不同的构成、温度和压力。

* 匹配模式：通过不断地迭代计算，使得测量光谱和计算光谱的均方差最小，从而得到匹配的光谱计算结果。

计算说明：
        光谱计算一般基于HITRAN线性参数数据库；HITRAN提供一系列的谱线位置、峰强、峰宽、压力转换和温度的信息（具体可以参照www.hitran.com）。 MALT计算真实的吸收系数，包括从上述数据库中想要得到的温度和压力下的分子吸收系数；然后通过吸收系数模拟测量得到的光谱。对于气体，由于缺乏线性参数数据，经过定量的参考光谱可以用于计算吸收系数，且分辨率高于基于样品光谱的分辨率。