Picarro 分析儀在巡檢與計量領(lǐng)域的應(yīng)用，助力“雙碳”目標實現(xiàn)

為了實現(xiàn)溫室氣體監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和可比性，觀測網(wǎng)絡(luò)需要建立嚴格的量值傳遞體系和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制體系。以 WMO-GAW 為例，其設(shè)立世界標校中心（WCC），負責(zé)標校各國的監(jiān)測設(shè)備，確保其測量結(jié)果的準確性和一致性。WMO  的量值傳遞體系從國際或國家計量基準開始，通過各級計量標準，逐級傳遞測量單位的量值。

實驗室間比對

Picarro 分析儀憑借其優(yōu)異的精度及穩(wěn)定性，使其在全球主要溫室氣體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用，如 GAW 和 ICOS 網(wǎng)絡(luò)中的本底監(jiān)測站點以及城市背景站均采用了 Picarro 分析儀進行溫室氣體的監(jiān)測。Picarro 分析儀的長期穩(wěn)定性及軍工級別出廠測試標準，保證了其耐用性，也使其成為少數(shù)可以用作 WMO 站點間巡檢審核的儀器。

Zellweger et al., （2016）等人通過比較 CRDS “巡檢儀器”與傳統(tǒng)的 NDIR 和 GC-FID 技術(shù)在測量 CO₂ 和 CH₄ 方面的性能，對 CRDS 儀器的 CO₂ 和 CH₄ 穩(wěn)定性分析表明，最佳校準頻率約為 30 小時，CRDS 得出的 CO₂ 和 CH₄ 測量值不需要對采樣空氣進行干燥處理，即使在熱帶地區(qū)遇到的非常潮濕的條件下，水汽校正似乎也是有效的。證實 CRDS 儀器和其他光譜技術(shù)適用于 WMO 全球大氣觀測網(wǎng)（GAW）站點，且數(shù)據(jù)有效率更高，這對于 CO₂ 和  CH₄ 長期時間序列的延續(xù)是很重要的。由于更高的時間數(shù)據(jù)覆蓋率、可重復(fù)性和線性，當傳統(tǒng)技術(shù)（如用于測量 CO₂ 的 NDIR 分析儀和用于 CH₄ 測量的 GC-FID 系統(tǒng)）被取代時，CO₂ 和 CH₄ 測量的準確性有望得到提高。

標準物質(zhì)標定

CRDS 分析儀能夠在幾秒鐘或更短的時間內(nèi)對多組分氣體進行監(jiān)測，靈敏度可以達到 ppb 級別，甚至有些氣體可以達到 ppt 級別。這種高精度測量能力使其在多種標準物質(zhì)標定中提供非常準確的參考數(shù)據(jù)。

日本國家計量研究所 Aoki et al.,（2022）使用 Picarro G2301 分析儀用來研究 CO₂ 對氣瓶的吸附和 CO₂ 與空氣分餾對標準混合物制備過程中的影響，實驗表明：CO₂ 對于氣瓶內(nèi)部吸附較??；“母-子”分裝實驗則證明了分餾不僅使制備的標準混合物中的 CO₂ 摩爾分數(shù)減少，而且使源氣體中的 CO₂ 摩爾分數(shù)增加，而熱擴散是分餾的主要因素。在重量法多步稀釋制備標準混合物時，必須考慮分餾引起的 CO₂ 摩爾分數(shù)的變化。

中國科學(xué)院大氣物理研究所 Renet al.,（2024）為了加深對城市和區(qū)域排放的了解，設(shè)計并構(gòu)建了一個低成本無人機協(xié)調(diào)碳觀測網(wǎng)絡(luò)（LUCCN），該網(wǎng)絡(luò)使用中等精度（±1 ppm）二氧化碳傳感器，通過與 Picarro G2301 分析儀的  CO₂ 濃度數(shù)據(jù)進行比較，發(fā)現(xiàn) LUCCN 傳感器的最大標準偏差在 1 秒窗口尺寸的受控實驗室環(huán)境中為 0.782 ppm，在室外環(huán)境中為 0.53 ppm。1 小時運行平均窗口大小。作為 LUCCN 地面測量的驗證，我們確定并呈現(xiàn)了當?shù)囟趸紳舛茸兓c天基中等分辨率成像光譜儀 (MODIS) 捕獲的氣溶膠污染事件之間的一致趨勢。

LUCCN 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及在實驗室中的觀測場圖

 （圖片來源：https://doi.org/10.5194/amt-2024-49）

中央研究院環(huán)境變化研究中心 Chang et al.,（2024）為了深入了解東亞大陸外流中空氣污染物的影響和時空特征，使用多功能多旋翼無人機探測平臺同時觀測中國臺灣北端 PM2.5、O₃、CO₂ 和氣象變量。無人機搭載了 K30 FR 設(shè)備來測量空氣中的 PM2.5、O₃ 和 CO₂ 濃度。在實驗過程中，Picarro G2401 被用來校準無人機平臺上的 CO₂ 傳感器。K30 FR 設(shè)備是一種非分散紅外（NDIR）快速響應(yīng) CO₂ 傳感器模塊。