双谱仪用于在大气压下确定大气中CO2的稳定同位素比率,其精度低于Permille在大气压下
Jens Goldschmidt1, Nicolas Brugger1, Leonard Nitzsche1
1Laboratory for Gassensors, Department of Microsystems Engineering-IMTEK, University of Freiburg, Georges-Köhler-Allee 102, 79110 Freiburg, Germany.
一个新的中红外双光谱仪精确地测量大气压下的二氧化碳 (CO2) 同位素比率. 这种先进的系统为大气研究提供了高精度,避免了低压条件的需要.
科学领域:
- 频谱学是一种光谱学.
- 大气科学 大气科学
- 同位素比重质谱法 质谱法 质谱法
背景情况:
- 准确确定稳定的二氧化碳 (CO2) 同位素比率对于大气研究和气候研究至关重要.
- 现有的同位素分析方法通常需要低压条件,这限制了它们在某些大气研究场景中的适用性.
- 中红外光谱为检测二氧化碳吸收带提供了高灵敏度,使其适用于同位素分析.
研究的目的:
- 开发和介绍一种中红外双光谱仪,用于在大气压下精确确定稳定的CO2同位素比率 (12C16O2和13C16O2).
- 在光谱分辨率,信号噪声比,精度和线性方面评估光谱仪的性能.
- 展示双光谱仪的潜力,作为大气研究现有系统的替代方案.
主要方法:
- 使用基于1550nm电光强度调制的中红外双光谱仪,转换为中红外 (4.3μm).
- 在 ν3 波段中访问了基本的 CO2 吸收,以在大气度下获得对同位素组成的高灵敏度.
- 使用高光谱分辨率 (0.004 cm−1) 和光谱覆盖率 (8 cm−1) 在环境压力下测量丰富的二氧化碳同位素 (12C16O2,13C16O2,16O12C18O).
主要成果:
- 每个模式实现了51dB的高平均信号噪声比,噪声等效吸收系数为5.4(9) ·10−6 cm−1 Hz−1/2.2.
- 在172秒的整合时间后,稳定同位素比 (δ13C) 达到<0.1‰的精度,通过艾伦偏差分析证实了这一点.
- 对于二氧化碳度 (300-450 ppm,R2=0.999) 和 δ13C值 (-36.5 ‰ 到 -5.4 ‰,R2=0.998) 证明了出色的线性.
结论:
- 介绍的中红外双光谱仪提供了高精度和线性测量二氧化碳在大气压下的同位素比率.
- 该系统是现有的基于量子级联激光系统的有希望的替代方案,特别是在必须避免低压测量的应用中.
- 展示的功能突显了光谱仪在推动大气研究和同位素分析方面的巨大潜力.
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