大气N2O稳定同位素的双光谱原位测量技术研究

Stable carbon and nitrogen isotopes are a powerful tool in the studies of greenhouse gas formation, transfer, mixing, and consumption of such dynamic process, which reveals the primary process of carbon, nitrogen and ecological system circulation, environmental evolution and driving mechanism. This research project aims to develop a novel dual-spectroscopy technique for in situ atmospheric N2O nitrogen and oxygen isotopic measurement, which take full use of the advantages of high sensitive wavelength modulation spectroscopy (WMS) and calibration-free direct absorption spectroscopy (DAS). By employing a novel mid-infrared quantum cascade laser (QCL), multi-path absorption cell and cryogenic preconcentration unit, the influence factors (such as laser and sample absorption cell temperature drift, gas sample preconcentration time, cold trap temperature and sample flow rate, and air composition changes) on carbon and nitrogen isotopic measurement precision will be in-depth investigated. This project will provide a new and effective method for in situ analysis of atmospheric N2O isotopes, which can be extended to other trace gases and their isotopic compositions.

稳定碳、氮同位素是研究温室气体的形成、转移、混合和消耗等动态过程的有力手段，进而揭示碳、氮生态系统循环与环境演化的主要过程及其驱动机制。本课题将高灵敏度波长调制光谱技术和免校正直接吸收光谱技术有效结合，拟开展基于该双光谱技术的大气N2O氮氧同位素原位测量方法研究。利用新型中红外量子级联激光器、长程吸收池和低温预浓缩装置，围绕影响测量同位素精度的因素(激光器和样品吸收池温度漂移、空气预浓缩时间、冷阱温度和样品流速,及浓缩后空气成分的变化)进行深入和细致的研究，预期建立一套大气N2O同位素原位富集和高精度测量系统,测量精度优于0.5‰，为我国大气痕量气体及其同位素原位分析提供一种新的有效手段。

全球环境和气候变化是目前世界各国都十分关注的问题，更是各国生态学、生物地球化学和环境科学界研究的热点和前沿课题。近年来，稳定碳、氮同位素是研究温室气体的形成、转移、混合和消耗等动态过程的有力手段，为揭示碳、氮生态系统循环与环境演化的主要过程及其驱动机制发挥了重要作用。本项目将高灵敏度波长调制光谱技术和免校正直接吸收光谱技术有效结合，开展了基于该双光谱技术的大气N2O同位素原位测量方法研究。利用新型中红外量子级联激光器、长程吸收池和低温预浓缩装置，围绕激光吸收光谱关键技术和影响同位素测量精度的因素进行了深入和细致的研究,建立了一套大气N2O同位素原位富集和高精度测量系统,测量精度可达0.1‰,发展了一些列激光光谱理论和信号处理算法模型，可用于大气温室气体、痕量气体及其同位素原位实时分析。针对我国大气污染形成的复杂成因，报道了一种可将近红外和中红外激光光谱有效融合的大气多组分气体传感技术，为精准识别大气污染物的源和汇提供一种有效可靠的分析手段。