Picarro 碳同位素設(shè)備使用技巧及常規(guī)維護(hù)

每種分子都有特定的吸收光譜：

光腔衰蕩光譜技術(shù)（CRDS）利用氣態(tài)分子獨(dú)特的紅外吸收光譜來量化濃度及同位素組成

在特定的氣體背景下，只有兩個(gè)參數(shù)會(huì)影響吸收峰的譜線形狀：溫度和壓強(qiáng) (影響所有基于光譜學(xué)的氣體測量技術(shù))

因此，我們嚴(yán)格控制溫度和壓強(qiáng) 

從而實(shí)現(xiàn)極高的精度

  分析儀主機(jī)組成

  周邊配件

  Picarro分析儀主機(jī)上層視圖

 Picarro分析儀主機(jī)下層視圖

 Picarro分析儀主機(jī)Hotbox內(nèi)部視圖

  Picarro分析儀主機(jī)下層電路板組成

注意：大多數(shù)測量濃度或同位素的 Picarro 氣體分析儀出廠時(shí)都是在空氣背景下進(jìn)行校準(zhǔn)的。實(shí)際使用時(shí)如果需要采用氮?dú)?，只需要用氮?dú)獗尘暗臉?biāo)氣進(jìn)行校準(zhǔn)即可，因?yàn)閮煞N背景氣體對結(jié)果只有一個(gè)系數(shù)的差別。

Picarro各型號分析儀均可以同步測量水汽濃度值，根據(jù)測量出的水汽濃度校正其他目標(biāo)氣體水汽稀釋倍數(shù)與光譜展寬，并輸出對應(yīng)目標(biāo)氣體的干值，但是該校準(zhǔn)效果會(huì)隨著水汽濃度升高而降低，如：G1301在水汽濃度為1%的時(shí)候，CO₂_dry測量值同實(shí)際濃度偏差在0.08 ppm，水汽濃度在4 %時(shí)，其偏差可以達(dá)到0.36 ppm。為了盡可能降低該偏差，建議對樣品進(jìn)行除水操作。

高氯酸鎂擁有極高的除水效果，經(jīng)過測試：CO₂、CH₄、N₂O、CO及其同位素在經(jīng)過高氯酸鎂試劑后并沒有受到吸附的影響，少量的高氯酸鎂試劑就可達(dá)到理想的除水效率，并不會(huì)對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。推薦將高氯酸鎂試劑裝填到小的試劑瓶中，制成水阱，裝在分析儀進(jìn)氣口之前

由于該方法需要頻繁更換試劑，且高氯酸鎂價(jià)格較為昂貴，因此該方法僅適用于短時(shí)間的樣品除水，且水阱體積會(huì)增加測量響應(yīng)時(shí)間，在離散樣品量較少的情況下不適用該方法；

Nafion管是雙層套管的構(gòu)造，內(nèi)部Nafion細(xì)管流通樣品氣，外層特氟龍管流通反吹氣。想要實(shí)現(xiàn)除水需要給兩個(gè)管路間提供水汽差，反吹路需要提供水汽濃度低于樣品氣路的反吹氣體，或者低于樣品氣路的反吹氣壓力。利用干燥氣如高純氮?dú)饣蚩諝庾鳛榉创禋?，可以?shí)現(xiàn)更好的除水效果，但是這需要大量的氣源；也可以采用下圖所示的反吹方式，使用Picarro真空泵尾氣（已經(jīng)經(jīng)過Nafion管吹水，水汽濃度適當(dāng)?shù)慕档停┳鳛榉创禋猓偈褂靡粋€(gè)單獨(dú)的真空泵給反吹氣提供一個(gè)負(fù)壓條件，給Nafion膜提供內(nèi)外水汽差，以實(shí)現(xiàn)更好的除水效果。

采用冷阱對樣品除水均是通過降低樣品氣溫度，使樣品氣中水汽凝結(jié)以實(shí)現(xiàn)除水的目的，目前市面上主要有兩種冷阱：電子冷凝器和超低溫冷阱；

電子冷凝器通?？梢詫囟仍O(shè)置到0-10 ℃，可以起到初級除水的功能；

超低溫冷阱通常可以將樣品溫度降低至-50至-70 ℃，除水效果可達(dá)99 %以上，是目前溫室氣體在線監(jiān)測的常用除水方法，但是該方便不適用于離散樣品的除水。

常規(guī)的預(yù)防性維護(hù)服務(wù)包括：

Picarro分析儀本身定位是在線連續(xù)監(jiān)測，但也適用于對離散氣體樣品的測量。在離散樣品量較大的情況下（大于150ml），我們可以通過氣袋裝樣并直接連接分析儀測量；對于微量離散樣品（少于20ml）的測量，我們可以通過添加SSIM小樣品進(jìn)樣模塊實(shí)現(xiàn)；

注意：原測量方法只能測試穩(wěn)定同位素結(jié)果，不能準(zhǔn)確測試濃度值，需要根據(jù)相同條件下標(biāo)氣測量結(jié)果，根據(jù)同比例稀釋系數(shù)，校準(zhǔn)樣品濃度。

但如果用戶沒有配備SSIM模塊，同樣樣品量又比較少的情況下，可以參考比利時(shí)根特大學(xué)給出了一種用CRDS測量離散型氣體樣品(50mL NTP)的新方法。

閉路測量系統(tǒng)主要用于在線測量密閉條件下的樣品呼吸量和同位素比率，適用于各種組織培養(yǎng)、土壤呼吸、植物呼吸和同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)。

閉路通量測量的關(guān)鍵在于氣路的氣密性，管路接頭、培養(yǎng)裝置以及真空泵的氣密性尤為關(guān)鍵，再培養(yǎng)裝置體積較小的情況下推薦使用A0702氣密泵；A2000真空泵氣密性相對較差，使用的時(shí)候可以嘗試增大培養(yǎng)裝置的體積。

Picarro分析儀+A0702氣密泵

A2000真空泵

野外在線通量監(jiān)測系統(tǒng)要求：

  溫度問題

受到環(huán)境溫度變化或者Cavity Temp溫度影響，測量結(jié)果SD較大，可以通過檢查Cavity temp、 Warmbox Temp、Das Temp來判斷溫控壓控知否正常；

腔室溫度控制異常：參考Cen-sun-TF10006 Picarro 分析儀腔室溫度問題處理流程；

環(huán)境溫度波動(dòng)較大：室溫建議穩(wěn)定在25±3℃，空調(diào)出風(fēng)口不可直接對著分析儀。

Warmbox溫度控制異常：參考Cen-sun-TF10015 PicarroWarmbox溫度異常問題處理流程。

“Pressure high”提示表明腔室內(nèi)壓力無法降低，或者無法降低至設(shè)定值，可能導(dǎo)致該情況的原因如下：

1.外置真空泵未開啟，或者真空泵的真空度不夠；

2.分析儀和真空泵之間的泵管或接頭泄漏；

3.分析儀內(nèi)部的電磁閥故障，出氣口電磁閥無法打開或者進(jìn)氣口電磁閥無法關(guān)閉及調(diào)整，該情

況也有可能是控制電磁閥的線纜或電源板異常；

4.光腔、前后管路或電磁閥漏氣；

5.壓力傳感器電路板故障；

6.腔室壓力傳感器故障；

“Pressure low”提示表明分析儀的入口處沒有足夠的氣體，腔室壓力低于設(shè)定值?？赡軐?dǎo)致該情況的原因有以下幾點(diǎn)：

1.分析儀進(jìn)氣口堵塞，尤其是進(jìn)氣口納米級過濾器堵塞，液態(tài)水吸入最容易導(dǎo)致該情況發(fā)生；

2.分析儀內(nèi)部的電磁閥故障，進(jìn)氣口電磁閥無法打開或者出氣口電磁閥無法關(guān)閉及調(diào)整，該情   

況也有可能是控制電磁閥的線纜或電源板異常；

3.壓力傳感器電路板故障；

4.腔室壓力傳感器故障；

Picarro氣體分析儀適用于各種實(shí)驗(yàn)環(huán)境，但在一些實(shí)驗(yàn)條件下氣體管路可能會(huì)吸入一些液態(tài)水，處理不當(dāng)會(huì)存在腔室污染的風(fēng)險(xiǎn)。

  常規(guī)防護(hù)

采樣管保溫；進(jìn)樣口增加疏水膜；采樣頭防水。

  方法1

保持分析儀處于開機(jī)狀態(tài)，查看分析儀進(jìn)氣口感覺一下有無氣體流動(dòng)，如果能夠感受到吸力，代表過濾器仍未堵塞，為了加快液態(tài)水蒸發(fā)，給分析儀接上干燥氣體（干燥管或者是高純氮?dú)饣蚝铣煽諝猓?，直至水汽濃度接近?。

  方法2

如果用手感受不到進(jìn)氣口有吸力，證明液體水已經(jīng)堵塞了過濾器，此時(shí)繼續(xù)通入干燥氣體也沒辦法快速清理液態(tài)水，推薦在開機(jī)狀態(tài)下拆下過濾器進(jìn)行清洗。

注：在拆卸過濾器的時(shí)候Hotbox的保溫蓋最好不要打開，盡量保持腔室的處于高溫狀態(tài)，腔室內(nèi)不產(chǎn)生冷凝。如果需要拆卸限流管的時(shí)候Hotbox的保溫蓋必須要打開，也要盡量開最小的位置用于拆卸，完成拆卸盡快將保溫蓋蓋上。

分析儀長時(shí)間沒有開機(jī)，再次開機(jī)的時(shí)候多數(shù)情況下光譜都會(huì)出現(xiàn)一定程度的偏移的情況（WLM Offset），具體表現(xiàn)為：測試數(shù)據(jù)出現(xiàn)很大的偏移，數(shù)據(jù)精度可能不會(huì)很差，但是理論值和測量值偏差會(huì)比較大，查看Controller軟件光譜圖，部分光譜相較于正常光譜出現(xiàn)了峰形上的偏差；

  加載最近正常的校準(zhǔn)文件

上面加載的Warmboxcal文件是半個(gè)小時(shí)自動(dòng)更新保存?zhèn)浞莸?，如果上述操作無法解決該問題，則可以嘗試加載最近正常的校準(zhǔn)文件。

1.加載儀器狀態(tài)正常的情況下備份的Warmboxcal文件，文件保存路徑如上圖所示，在G2000>Log>Archive>WBCAL文件夾下，拷貝一個(gè)最近儀器處于正常狀態(tài)下的Warmboxcal備份文件到C:\Picarro\G2000\InstrConfig\Calibration\InstrCal 文件夾下；

2.將原active文件重命名（ *active_old.ini，或者 *active_empty.ini等）；

3.將拷貝來的備份文件更名為Beta2000_WarmBoxCal_active.ini；

4.重新打開Picarro GUI軟件，待儀器進(jìn)入測量后查看光譜是否正常。