同位素技術(shù)具有指示、示蹤和整合功能,可以輔助解析生態(tài)系統(tǒng)碳氮水的生物地球化學(xué)循環(huán)過程與機制。同時監(jiān)測碳氮同位素如CH₄、δ¹³C(CH₄)、N₂O、δ¹⁵N ¹⁴N¹⁶O、δ¹⁴N ¹⁵N¹⁶O、δ¹⁸O(N₂O) 和碳水同位素 如CO₂、δ¹³C(CO₂)、δ¹⁸O(CO₂)、H₂O、δ¹⁸O(H₂O)、δH^DO可以為研究生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)、氮水循環(huán)和水循環(huán)的耦合過程提供重要數(shù)據(jù)支撐。

Aerodyne碳氮水同位素同步觀測系統(tǒng)，一臺分析儀器可在線監(jiān)測多個同位素，測量頻率可達10Hz。

測量原理：                                                     
       該系統(tǒng)采用可調(diào)諧紅外激光直接吸收光譜(TILDAS)技術(shù)，在中紅外波長段探測分子的指紋躍遷頻率。采用像散型多光程吸收池技術(shù)（獲得）——其光路可達76m甚至更長（210m），進一步提高了靈敏度。

直接吸收光譜法，可以實現(xiàn)同位素的快速測量（<1s），而且不需要復(fù)雜的校準步驟。此外，采用TILDAS技術(shù)，可不受其他分子的干擾，能夠得到非常精準的檢測，檢測限達ppt級別，測量頻率可達10Hz。

測量參數(shù)：

?  CH₄、δ¹³C(CH₄)、N₂O、δ¹⁵N ¹⁴N¹⁶O、δ¹⁴N¹⁵N¹⁶O、δ¹⁸O(N₂O)

?  CO₂、δ¹³C(CO₂)、δ¹⁸O(CO₂)、H₂O、δ¹⁸O(H₂O)、δHDO

?  N₂O、CH₄、H₂O、CO₂、δ¹³C-CO₂、δ¹⁸O-CO₂

技術(shù)特點：

1、 中紅外直接吸收光譜，具有快速的頻率掃描（1-3 kHz）和精確的光譜擬合，長路徑吸收檢測腔提供足夠的路徑長度，吸收深度足以進行精確測量，的光學(xué)深度在0.1和1之間。

 2、 一臺儀器同時測量CH₄、N₂O多個同位素，如CH₄、δ¹³C(CH₄)、N₂O、δ¹⁵N ¹⁴N¹⁶O、δ¹⁴N ¹⁵N¹⁶O、δ¹⁸O(N₂O)，光譜如下：

3、長路徑檢測腔具有一定的光路程長度，并且可以將相當一部分激光傳輸?shù)教綔y器，使探測器噪聲的影響降到。測量CH₄、N₂O同位素采用長路徑檢測腔。

4、一臺儀器同時測量CO₂ 水汽同位素，如CO₂、δ¹³C(CO₂)、δ¹⁸O(CO₂)、H₂O、δ¹⁸O(H₂O)、δHDO，光譜圖如下：

5、設(shè)備運行軟件TDLWintel既能控制光譜儀的運行，又能實時處理數(shù)據(jù)。控制每次激光測量頻率迅速掃描覆蓋氣體吸收線和吸收線兩側(cè)的基線部分,然后減少激光電流低于閾值使每個掃描測量信號都是從零光譜輸出開始。

 6、高精度溫度控制儀器外箱，減少溫度變化對測量精度的干擾。恒溫外箱將保持

其設(shè)定值溫度(通常為30?C)至±0.1?C。規(guī)定的環(huán)境溫度范圍為-20?C至+ 40?C。恒溫箱是密封的，與周圍空氣隔離。

7、該系統(tǒng)由TDLWintel操作軟件控制16路旋轉(zhuǎn)采樣閥。確保完成如下工作：

A、能夠在流量高達1SLPM的情況下采樣多達16路輸入線(用于做剖面測量，校準或腔室測量)

B、能夠在快流量渦度通量模式(10slpm)和濃度測量模式(<= 1slpm)之間平滑切換，調(diào)節(jié)進口和出口控制閥。

8、GPS網(wǎng)絡(luò)時間校準，可配置NTP (network-time-protocol)設(shè)備的GPS，用于系統(tǒng)校時。

技術(shù)指標：

測量精度: 1s/100s：

CH₄：0.2ppb/0.05ppb；δ¹³C(CH₄)：1‰/0.2‰；

N₂O ：0.03ppb/0.01ppb；

δ¹⁴N¹⁵N¹⁶O：6‰/1.5‰；

δ¹⁵N¹⁴N¹⁶O：9‰/2.3‰；

δ¹⁴N¹⁴N¹⁸O：12‰/3‰；

CO₂：0.1ppm/0.03ppm；

δ¹³C(CO₂)：0.1‰/0.03‰；

δ¹⁸O(CO₂)：0.1‰/0.03‰；

H₂O：10ppm/5ppm；

δ¹⁸O(H₂O)：0.1‰/0.03‰；

δHDO：0.3‰/0.1‰；

測量量程：

CH₄ : 2 to 20ppm；

N₂O : 0.3 to 100ppm；

CO₂ ：300 – 1000ppm 或者 0.1 – 0.3μmole

H₂O ：4%

響應(yīng)時間：10Hz（1-10Hz可調(diào)）

操作溫度：10-35℃ 空氣濕度：5%~95%

采樣速率：0-20slpm

數(shù)據(jù)輸出：RS232、USB和以太網(wǎng)

外形尺寸：530mm×660mm×710mm(W×D×H)

重量：72Kg

電源要求：500W、120/240VAC、50/60Hz(不包含吸氣泵)

參考文獻：

Design and performance of a dual-laser instrument for multiple isotopologues of carbon dioxide and water

J. Barry McManus,* David D. Nelson and Mark S. Zahniser

https://doi.org/10.1364/OE.23.006569