大氣成分檢測?近年來，随着人們對大氣環境質量和美麗生态環境的要求越來越高，氣溶膠、PM2.5、溫室氣體、霧-霾、臭氧等成為高頻詞，備受公衆關注當然，它們也是大氣成分科研的重要課題，今天小編就來說說關于大氣成分檢測?下面更多詳細答案一起來看看吧!

大氣成分檢測

近年來，随着人們對大氣環境質量和美麗生态環境的要求越來越高，氣溶膠、PM2.5、溫室氣體、霧-霾、臭氧等成為高頻詞，備受公衆關注。當然，它們也是大氣成分科研的重要課題。

這些似乎看不見摸不着的大氣成分，是怎麼探測到的？技術人員用了哪些高精尖的設備？今天，讓我們一探究竟。

專家：中國氣象局氣象探測中心正研級高工張勇，副研究員姚波，高級工程師靳軍莉、荊俊山、孫萬啟、梁苗

簡菊芳

貝塔射線法氣溶膠質量濃度觀測儀：環境氣象監測采樣“大當家”

我是貝塔射線法氣溶膠質量濃度觀測儀，從2014年開始大規模服務于氣象部門。貝塔射線法是目前國内外通用的氣溶膠質量濃度在線觀測方法之一（其他的還有光散射法、振蕩微天平法），也是目前我國環境氣象監測采樣最多的方法。大家要是去上甸子大氣本底站，就可以看到那個高大帥氣的我啦。

别看我塊頭大，其實我的“心”極為精細。大氣中0.01到100微米之間氣溶膠粒子，我都“攔”得住，不僅如此，我還可以對它們的質量進行分析。

根據氣溶膠對貝塔射線的吸收特性，我用“體内”的抽氣泵選取具有代表性的大氣樣本，将其中的氣溶膠粒子“攔截”後，用貝塔射線源對這些粒子進行照射，通過分析照射前後貝塔射線的衰減程度來計算氣溶膠粒子質量變化。由此，得到采樣空氣中氣溶膠的質量濃度。

氣溶膠粒徑不一，如何測量不同粒徑的質量濃度？這就需要選用不同的進氣口切割頭，如總懸浮顆粒物（TSP）、粒徑在10微米以下的 顆 粒 物 （PM10）、PM2.5以 及PM1，針對不同的氣溶膠粒子，我會用不同的切割頭來對付它。

近些年來，随着人們對生态環境的要求越來越高，氣溶膠監測數據用途越來越廣泛，環境評價、模式預報等都離不開我的監測數據。

據我所知，目前，中國氣象局的《大氣環境氣象公報》《中國氣候變化藍皮書》以及霾時、霾等級産品制作都有我的數據支撐。

含氟溫室氣體及消耗臭氧層物質分析系統 ：“純手工”打造的Medusa

我的英文名字叫做Medusa，就是希臘神話裡那個一頭波浪卷發的女妖，大概是因為我的線太多，和Medusa外形看起來很像吧。但是，我可不是一個可怕的妖怪，相反，我是一套“神奇”的大氣成分分析系統。說神奇，因為我是中國氣象局科研人員通過國際合作在實驗室“純手工”打造的，且目前在市場上還無法購買。

我的核心是用200餘個零件“拼裝”的樣品預處理系統，特别是手工填充了兩個特殊材質的捕集阱，可以在零下180℃到100℃間急速變溫，把需要測量的氣體從空氣中分離出來。我采用了号稱“萬能檢測器”的氣相色譜-質譜聯用儀，這樣就可以精确測定分離後的氣體的含量。

我的神奇之處在于強大的功能，可以分析大氣中的50餘 種 濃度 極 低 的 氣體，包括引起氣候變暖的4類含氟溫室氣體（氫氟碳化物HFC、全氟化碳PFC、六氟化硫SF6、三氟化氮NF3）以及引起臭氧損耗的6類消耗臭氧層物質（氯氟碳化物CFC、氫氯氟碳化物HCFC、哈龍Halon、甲基氯仿CH3CCl3、四氯化碳CCl4、甲基溴CH3Br）。

我最神奇之處還在于可以檢測到大氣中ppt（萬億分之一）量級的痕量物種，且誤差不超過1%。萬億分之一是什麼概念？打個比方，就像在100倍地球人口中（一萬億人），精确地找到需要的那一個人，描述其身高體重，誤差不超過1公分、1公斤。

我能做到這一點，全仰仗兩個捕集阱，它們可以把空氣中的氮氣、氧氣、氩、二氧化碳從樣品中去除，僅留下含氟溫室氣體和消耗臭氧層物質進入氣相色譜-質譜聯用儀分析，這樣避免了幹擾物質的影響，大大提高了分析的精度。

近年來，由我分析獲得的含氟溫室氣體及消耗臭氧層物質數據已經用在《中國溫室氣體公報》和聯合國《臭氧損耗評估報告》等重要報告中，為評估氣候變化和臭氧損耗等重要的全球環境問題提供了寶貴的基礎數據。其中，系統分析獲得的北京上甸子本底站3種含氟溫室氣體和7種消耗臭氧層物質的本底濃度每年通過《中國溫室氣體公報》向公衆發布。

反應性氣體監測儀 ：活躍氣體捕捉者

大氣成分中有一個“活躍家族”（氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳、臭氧等），它們喜歡且容易與大氣家族中其他成員發生反應，這個活躍家族也稱為反應性氣體。

它們化學反應活性較強，到處刷存在感，尤其喜歡“插足”污染氣溶膠、酸雨及光化學煙霧等環境問題的反應過程，在較快的大氣化學反應（通常是氧化反應）後“72變”，有的轉化為其他成分，有的從此在大氣家族中消失。

對于這類活躍分子，大氣探測科學家有沒有辦法捕捉到它們的蛛絲馬迹？

答案是有的——那就是我，一個來自美國的反應性氣體監測儀，看似簡單，顔值普通甚至有些古闆，但是，在環境氣象觀測站點，卻是主角之一。

正因為總把自己當主角，在主角光環籠罩下，我很容易就“飄飄然”——監測零點每隔一段時間就會漂移，需要技術人員定期進行标定。而且，我有些挑剔，隻測量氣體，所以，技術人員要采取一些手段來防止顆粒物進入我的肚子裡，那就是給我戴上口罩，還需要定期更換喲。

我是如何監測反應性氣體的？多采用化學發光法（測量NOx）、紫外熒光法（測量SO2）、氣體濾光相關分析法（測量CO）、紫外光度法（測量O3）。化學發光法是利用NO分子和O3反應之後所産生特征光的強度與NO 濃度線性成比例這一特性；紫外熒光法是利用SO2與被它激發出來的紫外熒光光強成線性關系這一規律；氣體濾光相關分析法的工作原理是根據CO可吸收波長為4.6微米紅外光這一現象；紫外光度法根據臭氧對253.7納米波長的紫外光有特征吸收這一原理。總之，是各顯神通。

雖說是主角，我還是任勞任怨的，每小時将反應性氣體數據以報文的形式發到國家級業務單位，為專家開展環境評估、《大氣環境氣象公報》制作等提供素材。

甲烷/一氧化碳/氧化亞氮/六氟化硫分析系統 ：DIY的完美組合

我們是技術人員“DIY”的一套分析系統，填補了國内市場上此類設施的空白。氣象探測技術人員将樣品采集和預處理模塊、壓力和流量控制模塊、分析 （标校）模塊、數據處理模塊等組合後，成就了現在的我們。

我們團隊中，樣品采集和預處理模塊将采集後的空氣樣品進行過濾和除水，獲得幹潔空氣樣品；壓力和流量控制模塊負責對采集和預處理模塊中氣體的壓力和流量進行控制，以滿足後續模塊運行的要求；分析 （标校）模塊接收到樣品采集和預處理模塊送來的幹潔空氣樣品後，對其進行測量和校準。分析 （标校）模塊的核心部分是一台氣相色譜儀，該儀器可以将樣品中的待測物質進行分離并檢測。這三個成員完成自己的工作後，數據處理系統會将數據進行分類、封裝和自動上傳至指定終端。

别看我們是DIY，功能一點也不遜色，能夠實現甲烷/一氧化碳/氧化亞氮/六氟化硫四種溫室氣體的全自動實時在線分析。我們的分析精度均達到了國際标準。

實際上，我們已經在全國6個大氣本底站使用了10年，獲得的數據每年通過《中國溫室氣體公報》 向公衆發布。

二氧化碳/甲烷/一氧化碳分析系統 ：高效團結“兄弟連”

我們是一套全自動、高精度的分析系統，是一個高效協作的團隊，成員有——進樣系統、分析（标校）系統、數據處理系統、監控系統。老大進樣系統負責樣品采集和預處理，老二分析（标校）系統負責樣品準确分析，老三數據處理系統負責數據計算、封裝和上傳，老四監控系統則負責對三個哥哥進行監控，保證他們的穩定運行。

整個團隊由中國氣象局工作人員自主組建，自2010年以來一直在全國大氣本底站服役。

我們哥兒幾個向來分工明确，老大打頭陣，将空氣樣品連續自動采集後，通過過濾器過濾掉顆粒物，再經過除水裝置除去水分，從而得到“幹淨和幹燥的空氣”。老二在拿到老大送來的空氣樣品後，對其中的二氧化碳/甲烷/一氧化碳的濃度進行測量和校準。分析（标校）系統，也就是我們的老二，有一個核心部件——光腔衰蕩光譜分析儀，其測量原理可簡單理解為：一束激光進入一個含有空氣樣品的空屋子内，在牆壁上來回反射而形成振蕩，通過記錄該束激光的衰減過程得出屋内氣體濃度的變化。

這兩個成員完成自己的工作後，老三出場，将數據進行分類、封裝和自動上傳至指定終端，一系列工作完成。等等，還需要老四驗收一下工作成果，防止前面幾個大哥犯錯。

别看我們團隊功能強大，兄弟衆多，但是，我們并不粗心，我們的測量精度達到了痕量級别（ppb），數據獲取是按秒計算的。毫不誇張地說，吹口氣都能看到儀器信号的火箭式上升。

多年來，我們兄弟齊心協力，也作出了不少貢獻，我們的數據（部分）用 于《WMO溫室氣體公報》和《中國溫室氣體公報》等重要報告，以及WMO、聯合國環境規劃署（UNEP）、政府間氣候變化專門委員會（IPCC）等多項科學評估，為國家應對氣候變化工作提供了一定借鑒，讓我們覺得特别有面子。

紫外輻射分光光譜儀 ：太陽的忠實“追随者”

我是一個從國外引進的精密儀器，也是世界氣象組織推薦使用的臭氧柱總量觀測儀器。

目前，我國氣象部門使用的紫外輻射分光光譜儀均為國外引進。所以，一旦我出現故障，維護起來比較困難。

紫外線我們都不陌生，就是陽光中波長為10～400納米的光線，可以分為UVA、UVB、UVC3種，紫外線照射會讓皮膚受到傷害。好在，大氣中的紫外線大部分會被臭氧層擋住。

别看臭氧在大氣中的含量很少，但作用極大。大氣臭氧主要集中在平流層，它對紫外線的強烈吸收保護了地表生物和人類，同時平流層臭氧還是平流層的主要熱源，對地球大氣環流和地球氣候的形成起着重要作用。如何測量大氣中臭氧？從上世紀90年代起，我被引進用于臭氧柱總量的觀測，在拉薩大氣成分站和三個國家大氣本底站——瓦裡關、龍鳳山、臨安開展基于紫外輻射分光光譜儀的臭氧柱總量觀測。我可以準确地跟蹤太陽，測量紫外輻射五個波長的光強。不僅如此，還可以基于差分吸收的原理反演大氣臭氧柱總量、臭氧垂直廓線和二氧化硫SO2濃度。

目前，中國氣象局大氣本底臭氧總量觀測參與衛星觀測數據的地面驗證和氣候變化評估，定期報送世界臭氧和紫外輻射資料中心（WOUDC），應用于 WMO每4年一次的平流層臭氧損耗評估。

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