温室气体二氧化碳同位素标准物质配气系统及方法与流程

本发明涉及配气设备，特别是涉及一种温室气体二氧化碳同位素标准物质配气系统及方法。

背景技术：

1、二氧化碳是国际公约要求减排和治理的重要温室气体之一，目前市场及环境监管部门要求二氧化碳的浓度量值溯源意愿强烈。随着co2浓度的升高，co2中碳同位素比值与标准值的相对差值——δ13c值逐年降低，这主要是煤炭、石油、天然气等化石燃料被广泛使用造成的。这表明，稳定同位素在自然界的丰度及其变化机理，可以指导我们研究物质的来源、迁移过程、以及经历的物理化学过程，对科学评估现今的环境变化具有重要的指导意义。

2、然而，大气co2同位素含量的变化率极小，只有测量数据准确、可靠时才具有意义。世界气象组织为了保证观测数据的有效性，对测量数据质量目标(dqo)进行设定：δ13c为±0.01‰。二氧化碳同位素标准物质量值的准确度要求较高，主要是因为标定的数据将用于全球碳循环过程的反演计算，即便微小的差异也会导致碳源与碳汇估算的巨大错误。研究表明，δ13c值差异2.83‰会导致co2浓度误差在0.015μmol/mol。co2及其稳定碳同位素分布具有区域性差异，其浓度的变化状况能够反映出不同区域大气受自然和人为活动影响的程度。co2的δ13c可以用来估算光合作用、土壤呼吸、化石燃料燃烧等。

3、高精度co2标准气体在当前双碳目标的推进过程中具有广泛的社会需求和经济。高精度co2对于量值方面的要求，除了浓度准确外，还需要δ13c同位素组成与待测目标接近。然而，高纯co2工业原料气与大气中的同位素组成偏差较大，需要加入的co2同位素物质的质量低至毫克、微克级别，而采用当前的重量法配气技术与设备无法保证浓度与同位素组成这两个目标的同步达成。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种温室气体二氧化碳同位素标准物质配气系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提升不同区域大气co2浓度及δ13c观测数据的质量，明晰co2的不同来源，为控制区域co2浓度的增长和制定科学减排政策提供有效的计量支撑。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种温室气体二氧化碳同位素标准物质配气系统，包括恒温恒湿箱，以及位于所述恒温恒湿箱内的连接管路、抽真空元件、原料气储件、纯气储件、定量瓶、压力检测元件、目标气储件和重量检测元件，所述抽真空元件位于所述连接管路的始端并能够与所述连接管路连通，所述原料气储件内用于储存工业源二氧化碳原料气，所述纯气储件内用于储存纯气，所述原料气储件、所述纯气储件和所述定量瓶处各设有一能够控制与所述连接管路之间的通断的开关阀，所述目标气储件位于所述连接管路的末端并能够与所述连接管路连通，所述压力检测元件位于所述定量瓶和所述目标气储件之间并用于检测所述连接管路内的压力，所述重量检测元件位于所述目标气储件的下端，所述连接管路上还设有截止阀，所述截止阀位于所述压力检测元件和所述目标气储件之间。

4、优选的，所述连接管路为不锈钢真空管路，所述抽真空元件为分子泵。

5、优选的，所述原料气储件为原料气瓶，所述纯气储件为纯气瓶，所述目标气储件为目标气瓶。

6、优选的，所述纯气储件内的纯气为13co2或12co2纯气。

7、优选的，所述压力检测元件为精密压力表，且所述精密压力表的最小刻度为1pa，精度在0.02％；所述重量检测元件为精密天平。

8、优选的，所述纯气储件位于所述原料气储件与所述定量瓶之间，所述定量瓶位于所述纯气储件与所述目标气储件之间。

9、本发明还提供一种温室气体二氧化碳同位素标准物质配气方法，使用上述技术方案中任一项所述的温室气体二氧化碳同位素标准物质配气系统，包括以下步骤：

10、s1.使用抽真空元件对温室气体二氧化碳同位素标准物质配气系统抽真空；

11、s2.关闭截止阀、原料气储件处的开关阀和目标气储件处的开关阀，并开启纯气储件处的开关阀和定量瓶处的开关阀，将纯气储件内的纯气通入定量瓶内，同时观测压力检测元件的读数，以精确控制进入定量瓶内的纯气气体量；

12、s3.纯气通入完成后，关闭纯气储件处的开关阀，开启截止阀，并将定量瓶内的纯气通入目标气储件内；

13、s4.开启原料气储件处的开关阀，并使用原料气储件内的工业源二氧化碳原料气对定量瓶内进行冲刷，使定量瓶内的纯气全部进入目标气储件内，关闭定量瓶处的开关阀，并观察重量检测元件的读数；

14、s5.根据重量检测元件的读数和压力检测元件的读数，计算目标气储件内的碳值，并将计算得到的碳值与设计碳值的对比得到差值，将原料气储件内的工业源二氧化碳原料气直接通入目标气储件内，并根据差值控制通入量，直至观测重量检测元件的读数达到设计读数停止。

15、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

16、本发明提供的温室气体二氧化碳同位素标准物质配气系统及方法，抽真空元件位于连接管路的始端并能够与连接管路连通，原料气储件内用于储存工业源二氧化碳原料气，纯气储件内用于储存纯气，原料气储件、纯气储件和定量瓶处各设有一能够控制与连接管路之间的通断的开关阀，且定量瓶为小体积定量瓶，目标气储件位于连接管路的末端并能够与连接管路连通，压力检测元件位于定量瓶和目标气储件之间并用于检测连接管路内的压力，重量检测元件位于目标气储件的下端，进而通过压力检测元件和小体积定量瓶结合的调控方式，达到超痕量气体转移的目的，再通过重量检测元件的设置实现结合重量法协同调节co2的δ13c值，达到重量法和体积法结合制备二氧化碳同位素标准物质的目标，连接管路上还设有截止阀，截止阀位于压力检测元件和目标气储件之间，控制气体的流通，以实现精确控制气体量。本发明通过上述设计，提升了不同区域大气co2浓度及δ13c观测数据的质量，明晰co2的不同来源，满足当前生态环境、气候变化等研究中样品分析测试的需求，为控制区域co2浓度的增长和制定科学减排政策提供有效的计量支撑。

技术特征：

1.一种温室气体二氧化碳同位素标准物质配气系统，其特征在于：包括恒温恒湿箱，以及位于所述恒温恒湿箱内的连接管路、抽真空元件、原料气储件、纯气储件、定量瓶、压力检测元件、目标气储件和重量检测元件，所述抽真空元件位于所述连接管路的始端并能够与所述连接管路连通，所述原料气储件内用于储存工业源二氧化碳原料气，所述纯气储件内用于储存纯气，所述原料气储件、所述纯气储件和所述定量瓶处各设有一能够控制与所述连接管路之间的通断的开关阀，所述目标气储件位于所述连接管路的末端并能够与所述连接管路连通，所述压力检测元件位于所述定量瓶和所述目标气储件之间并用于检测所述连接管路内的压力，所述重量检测元件位于所述目标气储件的下端，所述连接管路上还设有截止阀，所述截止阀位于所述压力检测元件和所述目标气储件之间。

2.根据权利要求1所述的温室气体二氧化碳同位素标准物质配气系统，其特征在于：所述连接管路为不锈钢真空管路，所述抽真空元件为分子泵。

3.根据权利要求1所述的温室气体二氧化碳同位素标准物质配气系统，其特征在于：所述原料气储件为原料气瓶，所述纯气储件为纯气瓶，所述目标气储件为目标气瓶。

4.根据权利要求1所述的温室气体二氧化碳同位素标准物质配气系统，其特征在于：所述纯气储件内的纯气为13co2或12co2纯气。

5.根据权利要求1所述的温室气体二氧化碳同位素标准物质配气系统，其特征在于：所述压力检测元件为精密压力表，且所述精密压力表的最小刻度为1pa，精度在0.02％；所述重量检测元件为精密天平。

6.根据权利要求1所述的温室气体二氧化碳同位素标准物质配气系统，其特征在于：所述纯气储件位于所述原料气储件与所述定量瓶之间，所述定量瓶位于所述纯气储件与所述目标气储件之间。

7.一种温室气体二氧化碳同位素标准物质配气方法，其特征在于：使用权利要求1-6中任一项所述的温室气体二氧化碳同位素标准物质配气系统，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种温室气体二氧化碳同位素标准物质配气系统及方法，涉及配气设备技术领域，抽真空元件位于连接管路的始端并能够与连接管路连通，原料气储件内储存工业源二氧化碳原料气，纯气储件内储存纯气，原料气储件、纯气储件和定量瓶处均设有能够控制与连接管路之间通断的开关阀，目标气储件位于连接管路末端并能够与连接管路连通，压力检测元件位于定量瓶和目标气储件之间，重量检测元件位于目标气储件的下端，连接管路上还设有截止阀，截止阀位于压力检测元件和目标气储件之间。本发明能够提升不同区域大气CO<subgt;2</subgt;浓度及δ<supgt;13</supgt;C观测数据的质量，明晰CO<subgt;2</subgt;的不同来源，为控制区域CO<subgt;2</subgt;浓度的增长和制定科学减排政策提供有效的计量支撑。

技术研发人员：王红红,毕哲,李春萌,赵鑫蕊,韩笑
受保护的技术使用者：中国计量科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16