高精度溫室氣體分析方案重磅推出——Agilent 8890 氣相色譜儀對大氣中四種溫室氣體的高精度測定

時間：2025-9-2 閱讀：411

摘要

高精度溫室氣體監(jiān)測能夠精準量化碳排放、驗證減排成效，并為氣候政策提供科學依據(jù)。其核心挑戰(zhàn)是：痕量多組分在ppm或ppb，甚至是ppt級別上，實現(xiàn)千分之幾、萬分之幾的苛刻RSD重現(xiàn)性要求，這在氣相分析方法歷史上，是前所未有的。此分析實踐，也為氣相色譜應用于高精度分析領域打開了認知之門。本應用簡報展示了 Agilent 8890 氣相色譜系統(tǒng)如何在多閥多柱系統(tǒng)上優(yōu)化，實現(xiàn)對大氣背景中四種關鍵溫室氣體的高精度監(jiān)測，從而為各級環(huán)境監(jiān)測站提供可靠、易用的分析解決方案。

高精度溫室氣體分析方案重磅推出

前言

目前，我國積極實施能源消耗總量和強度雙控。生態(tài)環(huán)境部印發(fā)的《“十四五”生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)劃》特別指出推進碳排放實測技術發(fā)展，組織多個重點行業(yè)企業(yè)開展二氧化碳、甲烷等溫室氣體排放監(jiān)測試點工作；組建重點城市溫室氣體監(jiān)測網(wǎng)絡，升級國家大氣背景站溫室氣體監(jiān)測功能。因此，在各?。ㄖ陛犑校┘暗厥校ㄖ荩┉h(huán)保系統(tǒng)內(nèi)開展溫室氣體監(jiān)測已成為重要任務。

甲烷、二氧化碳、氧化亞氮和六氟化硫是我國溫室氣體監(jiān)測網(wǎng)絡的主要分析目標。它們排放來源不同，不同種類之間的度差別可達 6 個數(shù)量級（例如，環(huán)境空氣中 CH₄ 含量約 1–2 ppm，SF₆ 含量在 9–15 ppt 之間），準確監(jiān)測這四類氣體需要采用高靈敏度檢測方法。在監(jiān)測精度方面，GB/T 31705-2015^[1] 要求監(jiān)測技術對濃度接近實際溫室氣體的標樣重復分析 10 次所獲得的 CO₂ 和 CH₄ 定量精度分別優(yōu)于 0.05% 和 0.1%。對于 GB/T 31705-2015方法未覆蓋的其他兩種氣體 N₂O 和 SF₆，國家環(huán)境總站要求監(jiān)測重現(xiàn)性分別優(yōu)于 0.1%（對于 N₂O）和 0.5%（對于 SF₆）。

利用氣相色譜檢測溫室氣體的做法由來已久。傳統(tǒng)方法采用氣體閥進樣，將熱導檢測器（TCD）和氫火焰離子化檢測器（FID）串聯(lián)分別檢測 CO₂ 和 CH₄，或者將甲烷轉化爐和 FID 聯(lián)用在同一通道上檢測 CO₂ 和 CH₄^[2]，利用電子捕獲檢測器（ECD）檢測 N₂O。采用此類配置獲得的 CO₂、CH₄ 和 N₂O 分析精度可以達到 0.2%–0.5%，但很難突破到 < 0.1%，不能滿足當前溫室氣體監(jiān)控準確度和精度的需求；且傳統(tǒng)方法中很少有關于對 ppt 濃度級別 SF₆ 分析精度的報道。

為了在同一氣相色譜系統(tǒng)上監(jiān)測痕量 CO₂、CH₄、N₂O 和超痕量 SF₆，并滿足嚴格的分析精度和準確度要求，需要從進樣、分離、檢測等多個因素入手進行方案優(yōu)化，并實現(xiàn)配置的靈活擴展，以滿足未來分析擴項的需求（例如，加入空氣中痕量 CO 分析等）。

傳統(tǒng)方案 VS 高精度方案效果對比

安捷倫高精度溫室氣體方案

本文展示了 Agilent 8890 氣相色譜儀通過優(yōu)化進樣體積/控制進樣重現(xiàn)性，采用多通道分析和高靈敏度檢測器，優(yōu)化分析流路以保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，從而實現(xiàn)對四種關鍵溫室氣體的高精度監(jiān)測。

Agilent 8890 氣相色譜儀采用三通道多閥多柱配置，通過一次進樣即可在 8 分鐘內(nèi)完成四種溫室氣體 CH₄、CO₂、N₂O 和 SF₆ 的獨立分析；目標化合物在不同通道內(nèi)進行分析，可減少色譜峰展寬，從而提高分析的靈敏度和重復性。

CO₂ 通道采用甲烷轉化爐和氫火焰離子化檢測器聯(lián)用技術，將反吹與放空相結合，無需脫水即可延長轉化爐使用壽命，避免空氣中水分和氧氣對 CO₂ 分析造成干擾

NO₂ 和 SF₆ 通道采用高靈敏度/穩(wěn)定性及抗污染能力非常強的電子捕獲檢測器（ECD）對超痕量化合物進行監(jiān)測，可保證分析靈敏度和精度

CH₄ 通道采用單獨進樣環(huán)和單柱系統(tǒng)，極大提高了檢測靈敏度和重復性，使甲烷檢出限可達個位數(shù) ppb水平。儀器系統(tǒng)流路圖及分析參數(shù)分別見圖 1

圖 1. 用于 4 種溫室氣體分析的8890氣相色譜流路示意圖

系統(tǒng)重現(xiàn)性評估

根據(jù) GB/T 31705-2015，將標準氣體樣品 6 連續(xù)進樣 10 次（疊加譜圖見圖 2），并計算所有化合物的保留時間和峰面積相對標準偏差（數(shù)據(jù)列于表 1中）。所有化合物的峰面積精密度在 0.02%–0.5% 之間，完全滿足國標方法及相關實驗室對溫室氣體定量精度的要求。高精度測試結果源于 Agilent 8890 氣相色譜儀出色的壓力控制模塊設計，使得在閥切換和分析過程中，色譜柱流量能夠快速穩(wěn)定并保持恒定，檢測器持續(xù)輸出平穩(wěn)的基線，目標化合物響應穩(wěn)定，譜圖結果重現(xiàn)性高且易于積分，從而實現(xiàn)對溫室氣體的高精度分析。

圖 2. 溫室氣體標準樣品連續(xù)進樣 10 次得到的色譜圖

表 1. 4 種目標化合物的保留時間和峰面積精密度（n=10）

線性

系統(tǒng)線性評估采用訂制標氣，每種化合物的濃度范圍均覆蓋其在環(huán)境空氣中的實際濃度。四種目標化合物的外標定量曲線均呈線性，且回歸因子優(yōu)于 0.999，出色的線性結果保證了定量結果的準確性。如果背景點大氣中溫室氣體含量常年波動小，為了提高分析效率和控制成本，可以采用單點校正法。即，如果標氣濃度與實際樣品濃度非常接近且處于線性范圍內(nèi)，則利用單瓶標氣獲得目標化合物響應因子，將實際樣品中目標化合物的響應除以響應因子來計算大氣中溫室氣體的實際濃度。單點校正法是基于方法驗證所獲得的優(yōu)異的校準曲線線性來使用的。如果環(huán)境空氣中的溫室氣體含量變化較大，則根據(jù)標準曲線進行定量更準確。

安捷倫高精度溫室氣體方案特點：

高精度：CH₄ 優(yōu)于 0.1%，CO₂ 優(yōu)于 0.05%，N₂O 優(yōu)于 0.08%，SF₆ 優(yōu)于 0.5%

三通道設計，通道獨立：互不干擾，提高分析靈敏度和重復性

易擴展性：可以擴展到空氣中微量 CO 分析

鈍化技術，全流路鈍化，減少吸附

多位閥設計，既可以氣體自動進樣，也可以延伸到在線色譜分析，節(jié)省人力成本

反吹技術，可以將空氣中水反吹，避免水對甲烷轉化爐及 ECD 檢測器損傷

放空技術，將氧氣放空，避免氧氣對甲烷轉化爐及 ECD 檢測器損傷，延長儀器使用壽命

結語

基于優(yōu)異的氣體壓力控制模塊和閥流路設計，Agilent 8890 氣相色譜多閥多柱系統(tǒng)通過對進樣流量和體積的優(yōu)化和精確控制，優(yōu)選色譜柱分離，利用 FID 和 ECD 檢測器對環(huán)境空氣中的 4 種關鍵溫室氣體進行高靈敏度和高精度測定。將等同于大氣含量水平的 CO2、CH₄、N₂O、SF₆ 標準氣體樣品連續(xù)測定十次，其測量精度分別優(yōu)于 0.05%、0.1%、0.1% 和 0.5%，完全滿足各級環(huán)境監(jiān)測站對目標溫室氣體的高精度監(jiān)測要求。與其他監(jiān)測方案相比，該方案基于穩(wěn)定可靠的氣相色譜平臺，在技術上更易掌握和普及，是安捷倫公司為助力我國建立溫室氣體監(jiān)測網(wǎng)路而開發(fā)的值得信賴的解決方案。