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新品：簡單的碳14工具14C同位素在線測量系統(tǒng)

瀏覽次數(shù)：2874　發(fā)布日期：2023-5-26　 來源：本站　本站原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處
       碳-14是碳元素的一種具放射性的同位素，由于具有放射性，可以被檢測出來，因此常常作為標(biāo)記物，利用放射性探測技術(shù)來追蹤。放射性碳同位素測量技術(shù)被廣泛應(yīng)用于考古學(xué)、地質(zhì)學(xué)、食品科學(xué)、大氣環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域。
 
       14C測定應(yīng)用廣泛，但在測量的過程中有兩個(gè)難點(diǎn)：
 
01 測量設(shè)備
       目前，加速器質(zhì)譜法（AMS）是高精度放射性碳測量的主要參考技術(shù)，但AMS設(shè)備體積龐大，購置成本和運(yùn)行成本高昂，限制了該技術(shù)的應(yīng)用普及范圍。
 
02 樣品制備
       在大氣14C測定時(shí)，我們無法直接測試14C，需要對(duì)大氣進(jìn)行采集和純化之后再測量，樣品制備過程中帶來的干擾可能性更高，容易造成誤差。

       針對(duì)14C測定的兩大痛點(diǎn)，近日為大家推出一整套解決方案新品——EA-SCAR 14C同位素在線測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)室用更簡單、更高性價(jià)比的方法測量放射性碳。

 

 
       EA-SCAR 14C同位素測量系統(tǒng)是基于中紅外分布反饋量子級(jí)聯(lián)激光飽和吸收腔衰蕩（SCAR，Saturated-Absorption Cavity Ring-Down）技術(shù)，通過前端收集和純化單元獲得高純 CO2 , 并輸送至 14CO2 分析儀進(jìn)行同位素在線分析。而便攜式大氣 CO2 捕獲裝置能方便客戶外出采樣，并將獲得的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室分析。
 
       相對(duì)傳統(tǒng)的加速質(zhì)譜儀（AMS），EA-SCAR 14C同位素測量系統(tǒng)能以更高的測量頻率和更低廉的成本量化化石燃料對(duì)大氣碳質(zhì)組分的貢獻(xiàn)，可以促進(jìn)建立全國或重點(diǎn)區(qū)域的14CO2 觀測網(wǎng)絡(luò)，可以更好服務(wù)“雙碳”目標(biāo)。
 
       整套設(shè)備由兩部分組成：1、SCAR 14C桌面型分析儀；2、ECS 8020 CHNS/O元素分析儀 或 ECS 8070大氣CO2捕獲和純化系統(tǒng)。
 


 

飽和吸收腔衰蕩

（SCAR，Saturated-Absorption Cavity Ring-Down）



 



 

 
       14C SCAR儀器分析樣品燃燒產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w，并通過測量14CO2分子的給定分子躍遷的光譜面積來檢索14C的濃度。如果樣本取自現(xiàn)代生物，測得的14C濃度將接近所謂的自然豐度或現(xiàn)代碳（MC）濃度。這相當(dāng)于100%的現(xiàn)代碳，即100pMC。對(duì)只含有化石碳的樣品進(jìn)行類似的測量將不會(huì)顯示任何與14CO2轉(zhuǎn)變相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，因?yàn)椴淮嬖?/span>14C：即0pMC。
 
       因此，直接測量任何落在0pMC - 100pMC范圍內(nèi)的分析材料的生物基碳含量。



 
       長時(shí)間平均測量不僅有助于提高精度，而且有助于研究該技術(shù)的可重復(fù)性。下面給出了我們的樣機(jī)所得到的結(jié)果，如下表所示：
 

 

 
       使用14C作為生物標(biāo)記物已被證明是有效和可靠的，具有高分析選擇性，因?yàn)椴恍枰獦悠返南闰?yàn)信息。如今，只有兩種成熟的技術(shù)，加速器質(zhì)譜（AMS）和液體閃爍計(jì)數(shù)（LSC），也可以依靠直接評(píng)估14C含量來測量任何種類燃料中的生物成分。特別是，AMS可以在測量不同燃料混合物的生物含量時(shí)獲得不確定度值，測量液體的不確定度為0.3%至1%，測量氣體的不確定度為0.7-4.5%。LSC在測量液體燃料的生物含量時(shí)可以達(dá)到0.2-4%的不確定度值，LSC不能用于氣相樣品。

燃料樣本比較

 
       我們?cè)谏厦嬲故玖肆鶄�(gè)樣品的分析結(jié)果，即HEFA航空燃料與Jet A-1化石燃料和熱解生物質(zhì)中提取的生物油的混合物，以證明SCAR技術(shù)在測定燃料混合物中生物組分方面所取得的準(zhǔn)確性。采用AMS作為主要驗(yàn)證方法，采用直接質(zhì)量混合比(MMR)作為獨(dú)立交叉檢驗(yàn)方法，進(jìn)行了準(zhǔn)確度評(píng)估。為了驗(yàn)證SCAR技術(shù)的準(zhǔn)確性，將Neste公司提供的航空電子燃料混合物AFB_1, AFB_2和瑞典RISE研究所提供的升級(jí)熱解生物油uPBO_1, uPBO_2的14C含量與AMS結(jié)果進(jìn)行了比較。然后，通過精確測量的質(zhì)量比混合制備固定生物/化石成分的航空電子燃料混合物AFB_3和AFB_4(由CSV-AM: Centro Sperimentale di Volo, Aeronautica Militare提供)，使用SCAR技術(shù)進(jìn)行分析。
 
       為了獲得每個(gè)樣品中14C含量的估計(jì)值，必須通過將其與標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)進(jìn)行比較來進(jìn)行相對(duì)測量。選用國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（SRM 4990C）提供的碳質(zhì)量含量為19%、14C含量為134.07pMC的草酸二水合物（C2H2O4·2H2O）作為AFB_1、AFB_2、uPBO_1和uPBO_2樣品的參比物，按照已建立的AMS測量方案進(jìn)行測定。
 
       SCAR 14C分析儀可與ECS 8020或ECS 8070連接使用，組成性能完備的EA-SCAR測量系統(tǒng)，用于固體或氣體樣品的同位素分析——



 
 
       ECS 8020是基于杜馬分析法對(duì)有機(jī)元素進(jìn)行分析，可同時(shí)測出碳?xì)涞?氧元素。該儀器是基于“閃燃”技術(shù)/層析分離法，是ECS 4010/4024元素分析儀的分析技術(shù)的改進(jìn)版本。二氧化碳、水蒸氣、二氧化硫和氮?dú)饨?jīng)過一段恒溫的氣體層析柱（GC柱）進(jìn)行高度分離，通過TCD檢測器進(jìn)行檢測并且輸出到軟件中進(jìn)行分析。
       ECS 8020從可選的進(jìn)樣器、氧氣的用量以及監(jiān)測消耗品的狀態(tài)均為全自動(dòng)控制；ECS 8020可測試不同類型和大小的樣品，包括液體和固體，大量樣品，從微克到克的有機(jī)物均可以被分析；三種不同的進(jìn)樣器，多種規(guī)格的反應(yīng)管滿足不同的應(yīng)用需求；自動(dòng)化系統(tǒng)使儀器的使用更加人性化：自動(dòng)控制氧用量系統(tǒng)可以更好控制氧氣的消耗，實(shí)現(xiàn)消耗狀態(tài)監(jiān)測功能，優(yōu)化催化劑的使用；創(chuàng)新設(shè)計(jì)的TCD檢測器是自校準(zhǔn)的，不需要使用參考?xì)怏w；ECS 8020可以連接多款同位素分析儀，用于分析元素中穩(wěn)定同位素的同位素比值。
  • 自動(dòng)化系統(tǒng)檢漏、自動(dòng)化流速設(shè)置；
  • 觸摸屏顯示，方便設(shè)置；
  • 反應(yīng)過程監(jiān)控，優(yōu)化催化劑使用：氧氣進(jìn)樣量智能調(diào)整，減少耗材消耗；
  • 高靈敏度、準(zhǔn)確度及精確度；
  • 檢測器無需利用基準(zhǔn)氣體；
  • 功能強(qiáng)大的分析軟件；
  • 三種進(jìn)樣器（電子進(jìn)樣器、氣動(dòng)進(jìn)樣器及手動(dòng)進(jìn)樣器）；
  • 高效催化劑及準(zhǔn)確測試流程管控，實(shí)現(xiàn)低運(yùn)營及管理成本；
  • 兼容性高，可連接多款同位素分析儀。


 
 
 
       創(chuàng)新的ECS 8070大氣CO2捕獲和純化系統(tǒng)能夠在短時(shí)間內(nèi)（10-60分鐘）捕獲和分離每個(gè)樣品（10-100 mg）相對(duì)大量的CO2。采用吸附/解吸原理，用創(chuàng)新的純化線路，可以消除水、VOC和NOX，只留下純CO2氣體。使用自動(dòng)空氣泵吸附/解吸使得系統(tǒng)使用非常簡單，通過新的C-Quantum CO2吸附系統(tǒng)，可以通過自動(dòng)再生系統(tǒng)處理大量的CO2，與其他系統(tǒng)相比，測量精度高，性能更好。ECS 8070 大氣CO2兼容性高，容易對(duì)接各類同位素檢測設(shè)備以測定碳穩(wěn)定同位素和放射性成因14C的同位素比值。
  • 自動(dòng)化操作，用戶使用友好；
  • 允許更好的使用消耗品，并自動(dòng)監(jiān)控其狀態(tài)，自動(dòng)泄露測試；
  • 三種可選配置：僅吸附、僅解吸、根據(jù)需要完成吸附/解吸循環(huán)；
  • 用戶可以設(shè)置所有的儀器參數(shù)，包括CO2捕集阱溫度，載氣壓力和解吸時(shí)間；
  • 便攜式，可充電和輕量級(jí)的現(xiàn)場取樣器；
  • 專用CO2烘箱，快速加熱和冷卻循環(huán)；
  • 功能強(qiáng)大的測試軟件，結(jié)果可視化；
  • 兼容性高，可與13C質(zhì)譜儀聯(lián)用，應(yīng)用于考古年代測定。
 
環(huán)境監(jiān)測和CO2排放報(bào)價(jià)
       二氧化碳排放報(bào)價(jià)已經(jīng)成為全球金融市場上衡量、估價(jià)和交換的產(chǎn)品。因此，精確的高分辨率14CO2測量至關(guān)重要。
材料中生物成分認(rèn)證
       區(qū)分化石和非化石排放源對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)至關(guān)重要:了解紡織品、塑料、石油、燃料的生物成分對(duì)評(píng)估其環(huán)境影響非常重要。
生命/生物科學(xué)
       14C被用作藥物/治療的標(biāo)記物，監(jiān)測其代謝和療效。
核設(shè)施監(jiān)測
       核電站/廢物儲(chǔ)存庫周圍地區(qū)的放射性二氧化碳濃度較高，其放射性可能會(huì)給居民帶來健康問題。
放射性碳年代測定
       放射性碳測量是測定考古和文化遺產(chǎn)年代的最經(jīng)典應(yīng)用:生物樣品中的放射性碳含量可以追蹤有機(jī)活動(dòng)停止的年齡。

 

 
 
- Delli Santi, M. G., Insero, G., Bartalini, S., Cancio, P., Carcione, F., Galli, I., Giusfredi, G.,Mazzotti, D., Bulgheroni, A., Martinez Ferrig, A. I., Alvarez-Sarandes, R., Aldave de LasHeras, L., Rondinella, V. V., & De Natale, P. (2022). Precise radiocarbon determination in radioactive waste by a laser-based spectroscopic technique. PNAS, under review.
- Delli Santi, M. G., Bartalini, S., Cancio, P., Galli, I., Giusfredi, G., Haraldsson, C., Mazzotti, D., Pesonen, A., & de Natale, P. (2021). Biogenic Fraction Determination in Fuel Blends by Laser‐Based 14CO2 Detection. Advanced Photonics Research 2, 2000069. https://doi.org/10.1002/adpr.202000069
- Galli, I., Bartalini, S., Cancio, P., de Natale, P., Mazzotti, D., Giusfredi, G., Fedi, M. E., & Mandò, P. A. (2013). Optical detection of radiocarbon dioxide: First results and AMS intercomparison. Radiocarbon 55, 213. https://doi.org/10.2458/azu_js_rc.55.16189
- Galli, I., Bartalini, S., Ballerini, R., Barucci, M., Cancio, P., de Pas, M., Giusfredi, G., Mazzotti, D., Akikusa, N., & de Natale, P. (2016). Spectroscopic detection of radiocarbon dioxide at parts-per-quadrillion sensitivity. Optica 3, 385.
- Galli, I., Bartalini, S., Borri, S., Cancio, P., Mazzotti, D., de Natale, P., & Giusfredi, G. (2011). Molecular gas sensing below parts per trillion: Radiocarbon-dioxide optical detection. Physical Review Letters 107, 270802. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.270802
- Giusfredi, G., Bartalini, S., Borri, S., Cancio, P., Galli, I., Mazzotti, D., & de Natale, P. (2010). Saturated-absorption cavity ring-down spectroscopy. Physical Review Letters 104, 110801. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.110801
 

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