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文章推荐丨Picarro G2132-i 应用

作者: 天诺基业时间:2020-08-24

 

                      

甲烷既是宝贵的能源,也是一种温室气体。GWP的分析显示,以单位分子数而言,甲烷的温室效应要比二氧化碳大上25倍。2018年美国能源部的科学家对高度校准的长期测量结果进行分析,将甲烷导致的温室效应的变化隔离出来,获得了甲烷导致温室效应增加的直接观测数据。

正确区分我们环境中甲烷的各种来源,能够有助于确定其在地层的来源,监控垃圾填埋场和养殖场的逸散性甲烷排放物,或区分在湿地中产生和消耗甲烷的生化途径。每一种甲烷源都具有13C与12C的特征比率。了解这一比率会有助于我们建立甲烷与特定本地源之间的联系。Picarro G2132- i 能够简便快速地精确测量甲烷中的碳同位素比率以及总的甲烷浓度,同时还能同步获得CO2和H2O浓度数据。


 

 

 

 

 

 

甲烷是天然气、沼气、坑气的主要成分之一,在自然界分布很广。甲烷的自然界来源分为生物来源和非生物。

 

 

根据甲烷的特性、分布和来源,科学家利用Picarro G2132-i开展大量的工作

 

 

宾夕法尼亚州立大学的Natasha L.Miles等在宾夕法尼亚州马塞勒斯页岩天然气开采地区的4座塔上部署了4台Picarro G2132-i分析仪。这是第一个开展由多台甲烷同位素分析仪组成观测网络进行区域甲烷和二氧化碳测量的实验。研究人员对分析仪进行了实验室和现场校准,并且在2016年1月至12月期间对分G2132-i分析仪的现场性能进行验证。对该区域的甲烷来源进行了分析,研究结果表明所测得的同位素特征与该地区深层天然气的同位素特性相符。


 

 

 

 

实验室校准原理图

 

 


野外校准原理图

 

 

休斯顿大学的Lan.X,Talbot.R等使用两台Picarro(G2201-i和G2132-i)组成一个车载移动实验室对巴尼特页岩地区152个设施(包括井场、压缩机站、天然气处理厂和垃圾填埋场)的石油和天然气作业中的逃逸CH4排放进行了监测和测量,估算了该地区的CH4总排放量和来源。

 

 

移动实验室(上)、压缩机站CH4浓度曲线(下)

 

 

加州理工学院Camille Viatte等利用四个移动式地面光谱仪(EM27/SUN)和气体分析仪(Picarro G2132-i和G2401)结合高分辨率的大气传输模式(WRF-LES)对南加州地区最大牛奶场的CH4和CO2量和通量进行测量,并进行了空间分布模拟,同时对CH4排放来源进行了分析。

 

 

甲烷通量分布,背景中的红色区域为奶牛场,整块区域分为16个小区域,小区域颜色代表通量大小

 

 

澳大利亚新南威尔士大学L.K.McDonough等利用PIcarro分析仪(G2132-i, G1101-i)分析研究了半干旱喀斯特环境中的甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)的源汇。分别在冬季(2014年8月)和夏季(2015年2月)在Gaden和Cathedral洞穴不同高度、位置上进行空气采样,之后对采样气体中的CO2和CH4浓度以及碳同位素组成进行分析。

 

 


Cathedral洞穴距离地面1米高度的CO2(C)和CH4(A)浓度分布;不同高度位置的CO2(B)和CH4(D)浓度分布

 

 

美国Picarro公司的C. W. Rella等将G2132-i、超声风速仪和GPS装载在车辆上组成移动试验室,利用在美国犹他盆地开展测量实验结果,提出了一种用于大气甲烷排放来源的综合方法。犹他盆地人口较少,除了石油和天然气开采活动之外几乎没有其他甲烷和乙烷来源,因此是研究和验证大气甲烷和乙烷新测量方法的理想地点。本研究对23口天然气井和6口油井分别进行了测量,同时对整个区域进行了采样测量,最终测量结果表明盆地约85±7%的排放来自于天然气开采。

 

 

犹他盆地地图,油井(蓝色)和气井(红色)的位置。X轴为经度为,Y轴为纬度。图上曲线代表是连接测量点绘制而成,测量获得的气体浓度高于背景值1.877 ppm,曲线颜色代表同位素比率。

 

 

成都理工大学张舜尧和张富贵等使用多种设备对青藏高原典型天然气水合物地区开展了系统的土壤甲烷循环地球化学监测。其中利用G2132-i同位素分析仪(美国Picarro)测量了青藏高原地区近地表土壤游离气中甲烷碳同位素含量,利用同位素示踪确定了热生甲烷的特征,并对甲烷排放量的季节变化进行了讨论。该部分研究为多年冻土区湿地碳循环研究提供了极有价值的参考信息。

 

 

(a)研究区域的位置 (b)不同季节的景观

(a)活性土层游离气体中甲烷的碳同位素 (b)吸附气体的干燥系数

 

 

 

 

 

结语

 

 

从以上资料我们可以看出G2132-i同位素分析仪在畜牧场、垃圾填埋场、天然气产区的甲烷逸散性排放分析以及湿地生态系统中甲烷的源、汇研究上均有优异表现。


 

 

本文仅展示部分结论,更多详细资料请联系我司获取
参考文献
Natasha L. Miles, Douglas K. Martins, Scott J. Richardson, ChristopherW. Rella, Caleb Arata,Thomas Lauvaux, Kenneth J. Davis, Zachary R. Barkley, Kathryn McKain, and Colm Sweeney: Calibration and field testing of cavity ring-down laser spectrometers measuring CH4, CO2, and δC13 CH4 deployed on towers in the Marcellus Shale region, Atmos. Meas. Tech., 11, 1273–1295, 2018
Xin Lan, Robert Talbot, Patrick Laine,and Azucena Torres: Characterizing Fugitive Methane Emissions in the Barnett Shale Area Using a Mobile Laboratory, Environ. Sci. Technol. 2015, 49, 8139−8146
Camille Viatte, Thomas Lauvaux, Jacob K. Hedelius, Harrison Parker, Jia Chen, Taylor Jones,Jonathan E. Franklin, Aijun J. Deng, Brian Gaudet, Kristal Verhulst, Riley Duren, Debra Wunch,Coleen Roehl, Manvendra K. Dubey, Steve Wofsy, and Paul O. Wennberg: Methane emissions from dairies in the Los Angeles Basin, Atmos. Chem. Phys., 17, 7509–7528, 2017
L. K. McDonough,C. P. Iverach,S. Beckmann,M. Manefield,G. C. Rau,A. Baker,B. F. J. Kelly: Spatial variability of cave-air carbon dioxide and methane concentrations and isotopic compositions in a semi-arid karst environment., Environ Earth Sci (2016) 75:700
C. W. Rella, J. Hoffnagle, Y. He, and S. Tajima:Local- and regional-scale measurements of CH4, δ13CH4, and C2H6 in the Uintah Basin using a mobile stable isotope analyzer,Atmos. Meas. Tech., 8, 4539–4559, 2015
Shunyao Zhang , Fugui Zhang, Zeming Shi, Aihua Qin, Huiyan Wang,Zhongjun Sun, Zhibin Yang, Youhai Zhu, Shouji Pang,and Pingkang Wang:Sources of seasonal wetland methane emissions in permafrost regions of the Qinghai-Tibet Plateau, Scientific Reports | (2020) 10:7520

 

 

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